Onderzoekers in AMBER, het door de Science Foundation Ierland gefinancierde materiaalwetenschappelijk onderzoekscentrum gehost in Trinity College Dublin, hebben voor het eerst geprinte transistors gefabriceerd die volledig uit 2-dimensionale nanomaterialen bestaan. Deze 2D-materialen combineren opwindende elektronische eigenschappen met het potentieel voor goedkope productie. Deze doorbraak zou het potentieel kunnen ontsluiten voor toepassingen zoals voedselverpakkingen die een digitale aftelling weergeven om u te waarschuwen voor bederf, wijnetiketten die u waarschuwen wanneer uw witte wijn op de optimale temperatuur is, of zelfs een venster dat de voorspelling van de dag toont. De bevindingen van het AMBER-team zijn vandaag gepubliceerd in het toonaangevende tijdschrift Wetenschap .

Deze ontdekking opent de weg voor de industrie, zoals ICT en farmacie, om goedkoop een groot aantal elektronische apparaten te printen, van zonnecellen tot LED's, met toepassingen van interactieve slimme voedsel- en medicijnetiketten tot de volgende generatie bankbiljettenbeveiliging en e-paspoorten.

Prof Jonathan Coleman, die onderzoeker is in AMBER en Trinity's School of Physics, zei, "In de toekomst, gedrukte apparaten worden verwerkt in zelfs de meest alledaagse objecten zoals labels, affiches en verpakkingen. Met gedrukte elektronische schakelingen (gemaakt van de apparaten die we hebben gemaakt) kunnen consumentenproducten zich verzamelen, Verwerken, informatie weergeven en verzenden:bijvoorbeeld melkpakken kunnen berichten naar uw telefoon sturen die waarschuwen dat de melk bijna over de datum is.

Wij geloven dat 2D-nanomaterialen kunnen concurreren met de materialen die momenteel worden gebruikt voor geprinte elektronica. In vergelijking met andere materialen die op dit gebied worden gebruikt, onze 2D-nanomaterialen kunnen meer kosteneffectieve en beter presterende geprinte apparaten opleveren. Echter, terwijl het laatste decennium het potentieel van 2D-materialen voor een reeks elektronische toepassingen heeft onderstreept, alleen de eerste stappen zijn gezet om hun waarde in gedrukte elektronica te demonstreren. Deze publicatie is belangrijk omdat het laat zien dat het uitvoeren, halfgeleidende en isolerende 2D-nanomaterialen kunnen worden gecombineerd in complexe apparaten. We waren van mening dat het van cruciaal belang was om ons te concentreren op het printen van transistors, aangezien dit de elektrische schakelaars zijn in het hart van moderne computers. We geloven dat dit werk de weg opent om een ​​hele reeks apparaten uitsluitend vanaf 2D-nanosheets te printen."

Onder leiding van prof. Coleman, in samenwerking met de groepen prof. Georg Duesberg (AMBER) en prof. Laurens Siebbeles (TU Delft, Nederland), het team gebruikte standaard printtechnieken om grafeen nanosheets als elektroden te combineren met twee andere nanomaterialen, wolfraamdiselenide en boornitride als kanaal en separator (twee belangrijke onderdelen van een transistor) om een ​​volledig bedrukt, volledig nanoblad, werkende transistor.

Afdrukbare elektronica heeft zich de afgelopen dertig jaar ontwikkeld, voornamelijk gebaseerd op afdrukbare op koolstof gebaseerde moleculen. Hoewel deze moleculen gemakkelijk kunnen worden omgezet in bedrukbare inkten, dergelijke materialen zijn enigszins onstabiel en hebben bekende prestatiebeperkingen. Er zijn veel pogingen gedaan om deze obstakels te overwinnen met behulp van alternatieve materialen, zoals koolstof nanobuisjes of anorganische nanodeeltjes, maar deze materialen hebben ook beperkingen getoond in prestaties of in produceerbaarheid. Hoewel de prestaties van geprinte 2D-apparaten nog niet te vergelijken zijn met geavanceerde transistors, het team is van mening dat er een breed scala aan mogelijkheden is om de prestaties te verbeteren die verder gaan dan de huidige state-of-the-art voor gedrukte transistors.

De mogelijkheid om 2D-nanomaterialen te printen is gebaseerd op de schaalbare methode van prof. Coleman om 2D-nanomaterialen te produceren, inclusief grafeen, boornitride, en wolfraamdiselenide nanosheets, in vloeistoffen, een methode die hij in licentie heeft gegeven aan Samsung en Thomas Swan. Deze nanosheets zijn platte nanodeeltjes van enkele nanometers dik maar honderden nanometers breed. Kritisch, nanosheets gemaakt van verschillende materialen hebben elektronische eigenschappen die geleidend, isolerend of halfgeleidend en omvatten dus alle bouwstenen van de elektronica. Vloeibare verwerking is vooral voordelig omdat het grote hoeveelheden 2D-materialen van hoge kwaliteit oplevert in een vorm die gemakkelijk tot inkten kan worden verwerkt. De publicatie van prof. Coleman biedt de mogelijkheid om circuits tegen extreem lage kosten te printen, wat een scala aan toepassingen mogelijk maakt, van geanimeerde posters tot slimme labels.