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新发现!黑磷可用于新型激光器和光电子器件的制造


据外媒报道,剑桥研究人员日前发现了喷墨打印的突破性“配方”,可以实现下一代激光器和光电子技术的大批量生产。

由剑桥大学石墨烯中心Tawfique Hasan博士带领的研究发现,黑磷(BP)油墨是一种与石墨烯相似的独特二维材料,与传统的喷墨打印技术相兼容,使其可能成为实现基于BP的激光器和光电子器件的可扩展大规模制造。

来自剑桥、伦敦帝国理工学院、芬兰阿尔托大学、北京航空航天大学以及浙江大学的跨学科科学家团队精心优化了BP的化学成分,以便通过复杂和竞争的流体效应的平衡来实现稳定的油墨。这样一来,便能够通过高速打印生产新的功能激光器和光电子器件。

由于BP墨水的快速干燥特性,所制造的设备(激光器和光电检测器)的打印质量具有较高的质量和均匀性。

该题为“用于光电子学和光子学喷墨打印的黑磷油墨配方”的研究成果已经在Nature Communications上发表,并且得到了英国皇家工程学院和英国工程及物理科学研究委员会(EPSRC)的赞助。

BP包含了对电子和光电器件有用的特性,包括可覆盖电磁光谱的可见光和近红外区域的半导体禁带宽度。

该研究论文的首席作者Guohua Hu先生表示:“我们的油墨配方可实现高度均匀的喷墨打印,不会在周围环境中降解,从而使得大量基于2D材料的光传感器更接近现实。鉴于将BP材料用于未来应用方面,这种方法代表了一种重大的科学和技术成果。这种含有非常小的“薄片”BP的功能性油墨,使我们能够在各种基材上进行打印,包括长期保持稳定的塑料。”

来自北京航空航天大学的Meng Zhang教授带领了打印基于BP的非线性光学器件的工作,作为超快光学快门,这种光学器件可以轻松插入激光器中。

连续的辐射激光束被转换为一系列重复的非常短的突发的光(或脉冲),其非常适合于工业和医疗应用,例如机械加工、钻孔、成像以及感测等。

张教授表示:“相比以前的任何其他演示,我们使用了BP的非线性光学器件的设计明显器件的提高了性能和运行的稳定性。这就是我们使用BP的油墨配方标志着通过这种新型材料制作的新型光子器件和架构的重大转变的优势所在。”

作为研究的一部分,该团队还展示了BP作为高速和高响应性光检测器的性能,超过了传统硅基光电探测器目前所实现的波长范围。

带领此次混合纳米材料工程研究组的Hasan博士补充道:“BP是一种特别有意思的后石墨烯材料,为新的激光器和光电子器件提供了许多机会。然而,尽管在实验室中表现出色,这种独特的石墨烯晶体在现实世界的开发却受到了复杂材料制造及其环境稳定性的阻碍。但是我们对BP油墨的突破研究将会改变全部这一切,因为油墨本身可以与现有金属氧化物半导体器件(CMOS)技术无缝集成。”





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