诺丁汉大学 两个触点之间喷墨打印石墨烯中石墨烯薄片的代表性排列(绿色)
颜色梯度对应于薄片电势的变化
学分:诺丁汉大学 诺丁汉大学已经破解了一个难题，即如何使用墨水来三维打印具有有用特性的新型电子设备，例如将光转化为电的能力
这项研究表明，喷射墨水(包含石墨烯等二维材料的微小薄片)来将这些复杂的定制结构的不同层组装和网格连接在一起是可能的
利用量子力学模型，研究人员还确定了电子如何穿过二维材料层，以完全理解未来如何修改开创性的设备
论文的合著者、物理和天文学院院长马克·弗洛姆霍尔德教授说:“通过将量子物理的基本概念与最先进的工程技术联系起来，我们展示了如何通过印刷几层只有几个原子厚但只有几厘米宽的材料来制造控制电和光的复杂设备
“根据量子力学的定律，电子以波而不是粒子的形式存在，我们发现二维材料中的电子在多个薄片之间沿着复杂的轨迹行进
似乎电子从一片跳到另一片，就像青蛙在池塘表面重叠的睡莲叶子间跳跃一样
" 这项名为“喷墨打印石墨烯器件中电子和空穴的片间量子传输”的研究已经发表在同行评议的《高级功能材料》杂志上
石墨烯通常被称为“超级材料”，它最早诞生于2004年
它展示了许多独特的性能，包括比钢更强，高度柔韧和有史以来最好的导电体
像石墨烯这样的二维材料通常是通过依次剥离排列在平板上的单层碳原子制成的，然后用于生产定制结构
包含喷墨印刷石墨烯通道的场效应晶体管的光学显微镜图像
学分:诺丁汉大学 然而，生产各层并将其结合以制造复杂的夹层状材料是困难的，并且通常需要一次一层地手工辛苦沉积各层
自发现以来，石墨烯的专利数量呈指数级增长
然而，为了充分挖掘其潜力，需要开发可扩展的制造技术
这篇新论文表明，使用墨水的添加剂制造——更常见的是三维打印——提供了一个有希望的解决方案，在墨水中悬浮着微小的石墨烯薄片(几十亿分之一米宽)
通过结合先进的制造技术来制造器件，以及测量其特性和量子波建模的复杂方法，该团队准确地研究出喷墨印刷石墨烯如何成功地取代单层石墨烯作为二维金属半导体的接触材料
合著者，博士
添加剂制造中心的柳德米拉·图扬斯卡说:“虽然二维层和器件以前是三维印刷的，但这是第一次有人发现电子是如何穿过它们的，并展示了组合印刷层的潜在用途
我们的结果可能会导致喷墨打印石墨烯聚合物复合材料和一系列其他二维材料的不同应用
这些发现可用于制造新一代功能光电器件；例如，大型高效太阳能电池；可穿戴的柔性电子设备，由阳光或穿戴者的运动提供动力；也许甚至是印刷电脑
" 这项研究是由添加剂制造中心的工程师和物理与天文学院的物理学家进行的，他们对量子技术有着共同的兴趣
8500万欧元的EPSRC资助项目赠款，支持下一代添加剂制造
研究人员使用了广泛的表征技术——包括显微拉曼光谱(激光扫描)、热重力分析、一种新型三维orbiSIMS仪器和电学测量——来提供对喷墨印刷石墨烯聚合物的详细结构和功能理解，以及热处理(退火)对性能的影响。
研究的下一步是通过使用聚合物来影响薄片排列和排列的方式，并尝试不同大小的不同油墨，从而更好地控制薄片的沉积
研究人员还希望开发更复杂的材料及其协同工作方式的计算机模拟，开发大规模制造原型设备的方法
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