Una "ricetta" rivoluzionaria per la stampa a getto d'inchiostro, che potrebbe consentire la produzione di grandi volumi di tecnologie laser e optoelettroniche di prossima generazione, è stato scoperto dai ricercatori di Cambridge.

La ricerca, guidato dal dottor Tawfique Hasan, del Cambridge Graphene Centre, Università di Cambridge, ha scoperto che l'inchiostro al fosforo nero (BP), un materiale bidimensionale unico simile al grafene, è compatibile con le tecniche di stampa a getto d'inchiostro convenzionali, rendendo possibile, per la prima volta, la produzione di massa scalabile di dispositivi laser e optoelettronici basati su BP.

Un team interdisciplinare di scienziati di Cambridge e dell'Imperial College di Londra, Università Aalto, Università di Beihang, e l'Università di Zhejiang, ottimizzato con attenzione la composizione chimica di BP per ottenere un inchiostro stabile attraverso l'equilibrio di effetti fluidi complessi e concorrenti. Ciò ha consentito la produzione di nuovi dispositivi laser e optoelettronici funzionali utilizzando la stampa ad alta velocità.

A causa dell'asciugatura rapida dell'inchiostro BP, la qualità di stampa finale dei dispositivi realizzati – un laser e un fotorilevatore – è di alta qualità e uniformità, e buono come quello che ti aspetteresti dalla stampa di una fotografia su carta.

La ricerca intitolata Formulazione dell'inchiostro al fosforo nero per la stampa a getto d'inchiostro di optoelettronica e fotonica è stata pubblicata oggi in Comunicazioni sulla natura ed è stato finanziato dalla Royal Academy of Engineering e dal Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC).

BP contiene proprietà utili per dispositivi elettronici e optoelettronici, compreso un gap di banda del semiconduttore che può coprire la regione del visibile e del vicino infrarosso dello spettro elettromagnetico.

Signor Guohua Hu, l'autore principale, ha dichiarato:"La nostra formulazione dell'inchiostro consente una stampa a getto d'inchiostro altamente uniforme che non si degrada nell'ambiente circostante, avvicinando alla realtà una vasta gamma di sensori di luce 2D basati su materiali.

"La formulazione rappresenta un significativo risultato scientifico e tecnico in termini di utilizzo di questo materiale BP per applicazioni future. L'inchiostro funzionale, contenente "fiocchi" molto piccoli di BP, ci permette di stampare su un'ampia varietà di supporti, compresa la plastica, che rimane stabile per un periodo prolungato."

Il professor Meng Zhang dell'Università di Beihang ha guidato il lavoro sulla stampa di dispositivi ottici non lineari basati su BP che possono essere facilmente inseriti nei laser per agire come otturatori ottici ultra rapidi.

Un raggio continuo di radiazione laser viene convertito in una serie ripetitiva di brevissimi lampi di luce (o impulsi) particolarmente adatti per applicazioni industriali e mediche, Per esempio, lavorazione, perforazione, imaging e rilevamento.

"Il nostro design del dispositivo ottico non lineare che utilizza BP raggiunge prestazioni e stabilità operativa significativamente migliori rispetto a qualsiasi altra dimostrazione precedente, ", ha detto il professor Zhang.

"Questo è il motivo per cui la nostra 'ricetta' dell'inchiostro che utilizza BP segna un cambiamento significativo verso nuovi dispositivi e architetture fotoniche che utilizzano un materiale così nuovo".

Nell'ambito della ricerca, il team ha anche dimostrato la capacità di BP di agire come rivelatore di luce efficiente e altamente reattivo, estendendo la gamma di lunghezze d'onda oltre ciò che è attualmente raggiunto dai fotorivelatori convenzionali a base di silicio.

dottor Hasan, che guida il gruppo di ricerca Hybrid Nanomaterials Engineering, ha aggiunto:"La BP è un materiale post-grafene particolarmente interessante che offre molte opportunità per nuovi dispositivi laser e optoelettronici. Eppure, nonostante le sue notevoli prestazioni in laboratorio, lo sfruttamento pratico nel mondo reale di questo cristallo unico simile al grafene è stato ostacolato dalla complessa fabbricazione di materiali e dalla sua scarsa stabilità ambientale. Ma la nostra svolta nell'inchiostro BP è destinata a cambiare tutto questo e l'inchiostro stesso può essere perfettamente integrato con le tecnologie CMOS (metal-oxide-semiconductor) complementari esistenti".