英國曼徹斯特大學(University of Manchester)的研究人員利用石墨烯、二硫化鉬(MoS2)、二硫化鎢(WS2)或六方晶系氮化硼(h-BN)等二維(2D)材料的特性，成功開發出噴墨印刷用的水性油墨，不僅具有生物兼容性，且可用于印刷各種不同的電子電路。
研究人員先將導電或半導電油墨中經常用于分散活性材料的昂貴且有毒溶劑去除后，調制出水性的油墨，可用于制造薄膜異質結構。每次在紙上印刷時僅產生2D材料的薄層(每次的厚度約5nm)，即可堆棧成精密的電子電路，而無需任何后處理或高溫退火作業。
水性的2D晶體油墨樣本
這項研究發表于《自然納米技術》(Nature Nanotechnology)期刊的“生物兼容的水性2D晶體油墨可實現全噴墨印刷異質結構”(Water-based and biocompatible 2D crystal inks for all-inkjet-printed heterostructures)。該論文第一作者Daryl McManus指出，他們使用的是可擴展的制造過程，而無需任何溶劑交換、化學處理或嚴苛的條件，同時，油墨成份也經優化，為多堆棧形成實現理想的薄膜沉積，而無需在接口處再次分配材料，而影響組件的性能。
為了證明其2D晶體油墨的可行性，研究人員經過多次印刷，印制出由幾種材料層相互堆棧組成的各種不同電子路。
在Si/SiO2基板上印刷出由GrB/WS2/GrT堆棧成的光探測器
他們在硅/二氧化硅(Si/SiO2)基板上制作16個光探測器的數組，并先為每個光探測器印刷約50um厚的石墨烯線作為底部電極(GrB)、厚度約100nm的WS2作為光敏組件，然后再次以石墨烯打印頂部電極，垂直于底線(GrT)。研究人員并以不同的雷射功率測試光探測器后發現，16個異質結構的光探測器均具有相同的I-V性，實際上可在Si/SiO上實現100%的制造良率，并證實這種層迭/印刷過程的可重復性。
在PET上印刷出Gr/WS2/Gr光探測器數組
研究人員并在30×40mm的PET聚脂薄膜上印刷20個GrB/WS2/GrT光探測器數組，這些組件在毫無任何退火的情況下操作，而且在薄膜彎曲時仍能保持作業(在彎曲試驗期間，光電流的穩定度高達2%的應變)。
這項研究由該校教授Cinzia Casiraghi領導，研究人員們還印制出一種由2D晶體制成的只讀存儲器。在制造期間，藉由將石墨烯的水平(字符線)和垂直(位線)條帶接觸(儲存邏輯'1')或藉由WS2層(形成邏輯'0')絕緣，而將字符編碼至內存組件中。
由噴墨石墨烯制成的水平線(字符線)和垂直(位線)線共同組成的可印式只讀存儲器。邏輯'1'儲存于字符線與位線的交叉處，而邏輯'0'則由二者之間印刷WS2進行編程。圖中顯示4位的內存儲存‘1010’這個字
在字符在線施加0.5V電壓，即可讀取儲存的字，并在位在線的電阻器讀出偏置電壓。
制造組件的微圖形影像，附加偏置電壓(Vp)源與負載電阻(RL)
研究人員并以一連串的細胞毒性研究來推論其實結果，以評估這些水性油墨的生物兼容性。研究人員根據實驗結果指出，這種油墨將是無害的，足以大規模地用于智能包裝和辨識標簽等應用。
本文授權編譯自EE Times，版權所有，謝絕轉載
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