Een baanbrekend 'recept' voor inkjetprinten, die grootschalige productie van laser- en opto-elektronische technologieën van de volgende generatie mogelijk zou kunnen maken, is ontdekt door Cambridge-onderzoekers.

Het onderzoek, onder leiding van dr. Tawfique Hasan, van het Cambridge Graphene Centre, Universiteit van Cambridge, ontdekte dat zwarte fosforinkt (BP) - een uniek tweedimensionaal materiaal vergelijkbaar met grafeen - compatibel is met conventionele inkjetprinttechnieken, waardoor voor het eerst de schaalbare massaproductie van op BP gebaseerde laser- en opto-elektronische apparaten mogelijk wordt.

Een interdisciplinair team van wetenschappers uit Cambridge en Imperial College London, Aalto-universiteit, Beihang-universiteit, en de Zhejiang-universiteit, de chemische samenstelling van BP zorgvuldig geoptimaliseerd om een ​​stabiele inkt te verkrijgen door de balans van complexe en concurrerende fluïdische effecten. Dit maakte de productie mogelijk van nieuwe functionele laser- en opto-elektronische apparaten met behulp van hogesnelheidsafdrukken.

Door de snelle droging van de BP-inkt, de uiteindelijke afdrukkwaliteit van de gemaakte apparaten - een laser en een fotodetector - is van hoge kwaliteit en uniformiteit, en zo goed als wat je zou verwachten van het afdrukken van een foto op papier.

Het onderzoek met de titel Zwarte fosforinktformulering voor inkjetprinten van opto-elektronica en fotonica is vandaag gepubliceerd in Natuurcommunicatie en werd gefinancierd door de Royal Academy of Engineering en de Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC).

BP bevat nuttige eigenschappen voor elektronische en opto-elektronische apparaten, inclusief een halfgeleiderbandgap die het zichtbare en nabij-infrarode gebied van het elektromagnetische spectrum kan bedekken.

Meneer Guohua Hu, de hoofdauteur, zei:"Onze inktformule maakt zeer uniforme inkjetprinten mogelijk die niet verslechtert in de omgeving, waardoor grote reeksen op 2D-materiaal gebaseerde lichtsensoren dichter bij de realiteit komen.

"De formulering vertegenwoordigt een belangrijke wetenschappelijke en technische prestatie in termen van het gebruik van dit BP-materiaal voor toekomstige toepassingen. De functionele inkt, met zeer kleine 'vlokken' BP, stelt ons in staat om op een breed scala aan substraten te printen, inclusief kunststof, die voor een langere periode stabiel blijft."

Professor Meng Zhang van de Beihang University leidde het werk aan het printen van op BP gebaseerde niet-lineaire optische apparaten die gemakkelijk in lasers kunnen worden gestoken om als ultrasnelle optische sluiters te fungeren.

Een continue straal laserstraling wordt omgezet in een zich herhalende reeks van zeer korte lichtflitsen (of pulsen) die zeer geschikt is voor industriële en medische toepassingen, bijvoorbeeld, machinale bewerking, boren, beeldvorming en waarneming.

"Ons ontwerp van niet-lineaire optische apparaten dat BP gebruikt, behaalt aanzienlijk betere prestaties en operationele stabiliteit dan enige andere eerdere demonstratie, " zei professor Zhang.

"Dit is de reden waarom ons 'inktrecept' met BP een belangrijke stap vooruit is naar nieuwe fotonische apparaten en architecturen die zo'n nieuw materiaal gebruiken."

Als onderdeel van het onderzoek, het team toonde ook het vermogen van BP om te fungeren als een efficiënte en zeer responsieve lichtdetector, het golflengtebereik uitbreiden tot buiten wat momenteel wordt bereikt door conventionele op silicium gebaseerde fotodetectoren.

Dr Hasan, die de onderzoeksgroep Hybrid Nanomaterials Engineering leidt, toegevoegd:"BP is een bijzonder interessant post-grafeenmateriaal dat veel mogelijkheden biedt voor nieuwe laser- en opto-elektronische apparaten. Ondanks zijn opmerkelijke prestaties in het laboratorium, praktische real-world exploitatie van dit unieke grafeenachtige kristal werd gehinderd door complexe materiaalfabricage en de slechte stabiliteit van het milieu. Maar onze doorbraak in BP-inkt zal dit allemaal veranderen en de inkt zelf kan naadloos worden geïntegreerd met bestaande complementaire metaaloxide-halfgeleidertechnologieën (CMOS).