Dr. Felice Torrisi, Universitair Docent Grafeentechnologie, heeft een Young International Investors' Fellowship van de National Science Foundation of China gekregen om te onderzoeken hoe grafeen en tweedimensionale materialen geprinte en flexibele ogen mogelijk kunnen maken.

De visie is om een ​​technologie te creëren voor goedkope flexibele camera's die op plastic of papier kunnen worden afgedrukt of gestempeld. "Het zou bijvoorbeeld uiteindelijk mogelijk kunnen zijn om deze gedrukte, flexibele opto-elektronische apparaten in kleding, verpakking, behang, affiches, touchscreens of zelfs gebouwen. Iedereen met een printer thuis kan zijn eigen "kunstmatige oog" printen en fysiek op een flexibele mobiele telefoon plakken", zei Felice.

Het doel van het 18 maanden durende project is het ontwerpen, ontwikkelen en karakteriseren van inkjet-geprinte 2D-kristalgebaseerde flexibele fotodetectoren en bestuderen hun integratie met commerciële elektronica.

"Fotodetectoren zijn nodig in camera's, automobiel toepassingen, detectie en telecommunicatie, medische hulpmiddelen en veiligheid", zegt hij. "Als deze flexibel gemaakt zouden kunnen worden, zouden ze geïntegreerd kunnen worden in kleding, opgerold of bedrukt over een onregelmatig oppervlak, waardoor de kwaliteit van bedrukte en flexibele elektronica aanzienlijk wordt verhoogd."

De huidige generatie flexibele fotoactieve materialen, op basis van organische polymeren hebben een langzame responstijd (enkele milliseconden), wat te traag is voor fotodetectie. Dit vormt een sterke beperking voor flexibele elektronica in een breed scala aan toepassingen, van active matrix displays tot ultrasnelle lichtdetectoren en gassensoren. Bovendien lijden organische polymeren aan chemische instabiliteit bij kamertemperatuur (temperatuur en druk), waardoor extra beschermende lagen of speciale behandeling van de geprinte apparaten nodig zijn, wat leidt tot een stijging van de kosten.

grafeen, het ultieme dunne membraan samen met een breed scala aan tweedimensionale (2D)-kristallen (bijv. hexagonaal boornitride (h-BN), molybdeendisulfide (MoS2) en wolfraamdisulfide (WS2)), hebben het landschap van wetenschap en technologie radicaal veranderd met aantrekkelijke fysieke eigenschappen voor (opto)elektronica, voelen, katalyse en energieopslag. Deze 2D-kristallen kunnen worden geëxfolieerd van gelaagde verbindingen. De gelaagde verbindingen kunnen geleidend zijn, halfgeleidend of isolerend en hun elektronische eigenschappen zijn afhankelijk van het aantal lagen. Bijvoorbeeld, grafeen is zeer geleidend, flexibel en transparant en is superieur aan geleidende polymeren in termen van kosten, stabiliteit en prestaties; terwijl MoS2 optisch actief is als het eenmaal is gereduceerd tot een enkele 2D-laag, met een snelle responstijd en uitstekende omgevingsstabiliteit.

In 2012 drs. Felice Torrisi, Tawfique Hasan en professor Andrea Ferrari van het Cambridge Graphene Center hebben een grafeeninkt uitgevonden die elektriciteit geleidt en kan worden afgedrukt met een standaard inkjetprinter. De op grafeen gebaseerde inkt maakt kosteneffectieve, geprinte elektronica op plastic.

Felice legt uit:"Andere geleidende inkten worden gemaakt van edele metalen zoals zilver, waardoor ze erg duur zijn om te produceren en te verwerken, overwegende dat grafeen zowel goedkoop is, ecologisch stabiel, en vereist niet veel verwerking na het afdrukken".

"We gebruikten een eenvoudig sonicatie- en centrifugatieproces om het grafeenpotentieel in inkten en coatings voor gedrukte elektronica te onthullen"

De afgelopen twee jaar hebben dr. Torrisi en het team van het Cambridge Graphene Centre geprobeerd een set inkten te formuleren op basis van verschillende 2D-kristallen, het opzetten van een nieuw platform voor gedrukte elektronica. Felice zegt:"Dit zal een geheel nieuwe set gereedschappen creëren voor printbare elektronica met geleidende, halfgeleidende en isolerende eigenschappen, met een snellere responstijd, beter presteren dan de huidige organische halfgeleidende inkten, afdrukken mogelijk maken, flexibele fotodetectoren en mogelijk de weg vrijmaken voor geprinte flexibele fotocamera's".

"Wanneer licht valt op een halfgeleidend 2D-kristal (bijv. MoS2), vanwege hun 2D-karakter, elektronen en gaten worden met een hoger rendement gegenereerd dan de huidige fotodetectoren op basis van silicium"

Het project, gefinancierd door de National Natural Science Foundation of China, onderzoekt hoe geprinte flexibele fotodetectoren kunnen worden ontworpen op basis van grafeen en 2D-kristalinkten.

"De optische respons van de geprinte 2D-kristalinkten, gecombineerd met hun flexibiliteit op kunststof ondergrond en milieuvriendelijkheid, zijn de belangrijkste voordelen voor het verbeteren van flexibele opto-elektronica"