黑磷制成的新型油墨可用于喷墨打印光学器件

导读

最近，一个跨学科的国际科研小组开发出一种由类石墨烯材料组成的油墨，可用于喷墨印刷。这种新型黑磷油墨可兼容传统的喷墨打印技术，制造光电设备和光学设备。

关键字

黑磷、石墨烯、光学

背景

石墨烯具有十分良好的强度、柔韧、导电、导热、光学特性。年，诺沃肖洛夫和曼彻斯特大学物理学家安德烈-海姆成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人因此获得了诺贝尔物理学奖。

然而除石墨烯外，许多类似的二维材料在新型光子和光电子技术方面也有引人注目的应用。例如，黑磷就是一种非常让人感兴趣的“后石墨烯”纳米材料，它非常适合作为新一代光学和光电材料。

尽管它在实验室中表现出了优异特性，但是在现实世界中，对于这种材料的开发利用还是受到了复杂的材料制造技术和低劣的环境稳定性的限制。

创新

（图片来源：剑桥大学）

最近，一个跨学科的国际科研小组开发一种由类石墨烯材料组成的油墨，可用于喷墨印刷。这种新型黑磷油墨可兼容传统的喷墨打印技术，制造光电设备和光学设备。

这个国际科研小组的研究人员来自阿尔托大学、剑桥大学(英国)、伦敦帝国理工学院(英国)和北京航空航天大学(中国)。这项研究由芬兰科学院、Tekes（芬兰创新基金机构）、诺基亚基金会和欧盟委员会赞助。

技术

（图片来源：剑桥大学）

科学家们优化了化学组成，通过复杂和竞争的射流效应的平衡，实现了一种稳定的油墨。这样一来，通过具有卓越的印刷质量和一致性的喷墨印刷，生产新型功能化的光子和光电器件变得可能，如同在纸上印刷复杂的图片或者照片。

研究人员展示了这项创新技术的优势，该技术所用到的喷墨打印设备充分利用了黑磷的特性。黑磷的半导体能带可以很容易地随着原子层数的设计而变化，而且能够覆盖电磁光谱的可见光和近红外区域。

（图片来源：剑桥大学）

研究人员也演示了打印黑磷基的非线性光学器件，这种器件可以很容易地嵌入到激光器中，作为超快速的光闸，将连续的激光辐射光束转化为重复的非常短的光爆发，从而适合工业和医疗方面的应用，例如加工、成像和感知。在这项研究中，黑磷也能够作为一种高效和高灵敏的光线探测器，拓展传统的硅基光电探测器可操作的波长范围。

更重要的是，研究人员展示出黑磷油墨可以无缝地集成到现有的互补金属氧化物半导体（CMOS）技术中，而喷墨打印技术可支持异质结构材料的制造。

价值

芬兰阿尔托大学的教授ZhipeiSun教授表示：

“我们的喷墨打印技术演示，首次让黑磷基的光子和光电器件的大规模量产变得可能，而且这些器件具有各种工业应用所需的长期稳定性。”

参考资料