Tutkijat tulostivat grafeeninkaltaisia materiaaleja mustesuihkutulostimella

Kansainvälinen tutkijaryhmä on kehittänyt grafeeninkaltaisista materiaaleista valmistettuja musteita, jotka soveltuvat mustesuihkutulostukseen.
Uudet mustat fosforimusteet soveltuvat optoelektroniikan ja fotoniikan laitteiden tulostamiseen tavanomaisilla tulostustekniikoilla. Lähde: University of Cambridge

Nobel-palkinnon voittaneen grafeenimateriaalin löytymisen myötä monien uusien nanomateriaalien uskotaan tuottavan mielenkiintoisia fotonisia ja optoelektronisia teknologioita. Musta fosfori on erityisen kiinnostava grafeenin myötä kehitetty nanomateriaali, joka soveltuu seuraavan sukupolven fotonisiin ja optoelektronisiin laitteisiin. Siitä huolimatta, että musta fosfori on toiminut laboratorio-olosuhteissa loistavasti, materiaalin käytännön sovellusten kehittämistä on hidastanut sen monimutkainen valmistustapa ja heikko stabiilisuus ympäristöolosuhteissa.

”Mustan fosforin käyttöön perustuvien fotoniikan ja optoelektronisten laitteiden skaalattavan massatuotannon haasteena on ollut erilaisten teollisten sovellusten edellyttämä stabiliteetti pitkällä aikavälillä. Mustesuihkutulostusinnovaatiomme on nyt mahdollistanut tämän ensimmäistä kertaa”, kertoo professori Zhipei Sun Aalto-yliopistosta.

Tutkijat optimoivat materiaalin kemiallisen koostumuksen saavuttaakseen stabiilin musteen monimutkaisten ja kilpailevien fluidisten efektien avulla. Tämä mahdollisti uudenlaisten toimivien fotoniikan ja optoelektroniikan laitteiden valmistuksen mustetulostuksella niin, että tulostusjälki ja tasaisuus ovat erinomaisia – vastaavasti kuin tulostettaessa monimutkaisia grafiikoita tai valokuvia paperille. Tutkijat osoittivat uuden tekniikan edut mustetulostamalla laitteita, jotka hyödyntävät mustan fosforin ominaisuuksia, etenkin sen puolijohtavaa energiavyötä. Sitä voidaan helposti muunnella atomikerrosten määrää muokkaamalla, ja se voi kattaa sähkömagneettisen spektrin näkyvän ja lähi-infrapuna-alueen.

Tutkija osoittivat myös sen, että mustan fosforin käyttöön perustuvat tulostetut epälineaariset optiset laitteet, jotka voidaan helposti asentaa lasereihin, toimivat ultranopeina optisina sulkimina. Laitteet muuntavat jatkuvan lasersäteen sarjaksi erittäin lyhyitä valonpurkauksia, ja ne soveltuvat teollisiin ja lääketieteellisiin sovelluksiin, kuten mekaaniseen työstämiseen, kuvantamiseen ja mittaukseen. Tutkimuksessa musta fosfori toimi myös tehokkaana ja erittäin herkkänä valonilmaisimena laajentaen täten aallonpituusaluetta, jolla piipohjaiset optiset ilmaisimet voivat toimia.

Mikä tärkeintä, tutkijat osoittivat, että musta fosforimuste voidaan integroida saumattomasti osaksi olemassa olevia CMOS-puolijohdeteknologioita. Kehitetty mustesuihkutulostusteknologia tarjoaa mahdollisuuden niin sanottujen heterorakenteisten materiaalien valmistukseen. Niiden kontrolloidulla valmistuksella voidaan hyödyntää useiden nanomateriaalikerrosten erillisten, mutta silti toisiaan täydentävien ominaisuuksien etuja.

Uuden musteen kehitti kansainvälinen tutkijaryhmä, jossa olivat mukana Aalto-yliopisto, University of Cambridge (Britannia), Imperial College London Britannia) ja Beihang University (Kiina). Tutkimusta tukivat Suomen Akatemia, Tekes, Nokia Säätiö ja Euroopan komissio.

Artikkeli:

G. Hu et.al., Black phosphorus ink formulation for inkjet printing of optoelectronics and photonic, Nature Communications, DOI: 10.1038/s41467-017-00358-1.

Linkki artikkeliin (nature.com)

Lisätietoja:

Professori Zhipei Sun
[email protected]

puh. +358 50 4302 820
Tutkimusryhmä

 

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lisää tästä aiheesta

Head of Post-Award Services Jukka Hyvönen and Head of Pre-Award Services Sanna-Maija Kiviranta
Nimitykset, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Uudet palvelupäälliköt Tutkimuspalveluissa

Sanna-Maija Kiviranta on nimitetty tutkimusrahoituspalveluiden palvelupäälliköksi ja Jukka Hyvönen on nimitetty hankepalvelujen palvelupäälliköksi. Molemmat tiimit tukevat Aallon tutkijoita tutkimusrahoituksessa.
A false colour electron microscope image of the bolometer, the scale bar shows a single bacteria, indicating how small the device is
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Maailman vähäkohinaisin säteilyilmaisin voi auttaa kvanttitietokoneiden kehityksessä

Nanosäteilyilmaisin on myös edeltäjiään sata kertaa nopeampi, ja se pystyy toimimaan ilman taukoja.
The details avaiable on the page in a picture with a colourful cartoon of an antropomorphic qubit
Kampus, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Kvanttipeleistä superpakastimiin – kvanttiteknologian vallankumous saapuu Otaniemeen

Kvanttiteknologian saloja avaava näyttely avautuu 16. lokakuuta. 17.–18. lokakuuta pidettävä huippukokous kokoaa kvanttiasiantuntijat keskustelemaan alan tulevaisuudesta.
Shakin up Tech, biomimeettinen silkki. Kuva: Mikko Raskinen.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Shaking up Tech toi sadat tytöt ja tekniikan yhteen – hämähäkkisilkin venytystä ja avaruusmatkoja VR-laseilla

Linda Liukas avasi Shaking up Tech -tapahtuman kertomalla, että teknologia kuluu kaikille. Espoon tapahtumassa lukiolaiset tekivät Aurinkokunnan läpilennon VR-lasien avulla, venyttivät hämähäkkisilkkiä ja kokosivat omin käsin satelliitin.