Dr Felice Torrisi, Universitetslektor i grafenteknik, har tilldelats ett Young International Researchers' Fellowship från National Science Foundation of China för att titta på hur grafen och tvådimensionella material kan möjliggöra tryckta och flexibla ögon.
Visionen är att skapa en teknik för billiga flexibla kameror som kan skrivas ut eller stämplas på plast eller papper. "Till exempel kan det så småningom vara möjligt att bädda in dessa tryckta, flexibla optoelektroniska enheter i kläder, förpackning, tapeter, affischer, pekskärmar eller till och med byggnader. Alla med en skrivare hemma kommer att kunna skriva ut sitt eget "konstgjorda öga" och fysiskt fästa det på en flexibel mobiltelefon "sa Felice.
Målet med det 18 månader långa projektet är att designa, utveckla och karakterisera bläckstråleutskrivna 2D-kristallbaserade flexibla fotodetektorer och studera deras integration med kommersiell elektronik.
"Fotodetektorer behövs i kameror, fordonsapplikationer, avkänning och telekommunikation, medicinsk utrustning och säkerhet", säger han. "Om dessa kunde göras flexibla skulle de kunna integreras i kläder, ihoprullad eller tryckt över vilken oregelbunden yta som helst, vilket avsevärt ökar kvaliteten på tryckt och flexibel elektronik."
Den nuvarande generationen av flexibla fotoaktiva material, baserad på organiska polymerer har en långsam svarstid (några millisekunder), vilket är för långsamt för fotodetektion. Detta representerar en stark begränsning för flexibel elektronik i ett brett spektrum av applikationer, från aktiva matrisskärmar till ultrasnabba ljusdetektorer och gassensorer. Dessutom lider organiska polymerer av kemisk instabilitet vid rumsförhållanden (temperatur och tryck), vilket kräver extra skyddande lager eller speciell hantering av de tryckta enheterna, leder till en kostnadsökning.
grafen, det ultimata tunna membranet tillsammans med ett brett utbud av tvådimensionella (2D) -kristaller (t.ex. sexkantiga bornitrider (h-BN), Molybdendisulfid (MoS2) och volframdisulfid (WS2)), har radikalt förändrat landskapet för vetenskap och teknik med attraktiva fysiska egenskaper för (opto)elektronik, avkänning, katalys och energilagring. Dessa 2D-kristaller kan exfolieras från skiktade föreningar. De skiktade föreningarna kan vara ledande, halvledande eller isolerande och deras elektroniska egenskaper beror på antalet lager. Till exempel, grafen är mycket ledande, flexibel och transparent och det är bättre än ledande polymerer när det gäller kostnad, stabilitet och prestanda; medan MoS2 är optiskt aktiv när den har reducerats till ett enda 2D-lager, med snabb responstid och utmärkt miljöstabilitet.
2012 Drs Felice Torrisi, Tawfique Hasan och professor Andrea Ferrari vid Cambridge Graphene Center uppfann ett grafenfärg som leder elektricitet och kan skrivas ut med en vanlig bläckstråleskrivare. Det grafenbaserade bläcket möjliggör kostnadseffektiva, tryckt elektronik på plast.
Felice förklarar:"Andra ledande bläck är tillverkade av ädelmetaller som silver, vilket gör dem mycket dyra att tillverka och bearbeta, grafen är både billigt, miljöstabil, och kräver inte mycket bearbetning efter utskrift".
"Vi använde en enkel ultraljuds- och centrifugeringsprocess för att avslöja grafenpotential i bläck och beläggning för tryckt elektronik"
Under de senaste två åren har Dr Torrisi och teamet vid Cambridge Graphene Center letat efter att formulera en uppsättning bläck baserade på olika 2D-kristaller, sätta en ny plattform för tryckt elektronik. Felice säger:"Detta kommer att skapa en helt ny uppsättning verktyg för utskrivbar elektronik med ledande, halvledande och isolerande egenskaper, med snabbare svarstid, överträffar nuvarande organiska halvledande bläck, möjliggör utskrift, flexibla fotodetektorer och möjligen banar väg för tryckta flexibla fotokameror ".
"När ljus träffar en halvledande 2D-kristall (t.ex. MoS2), på grund av deras 2D-natur, elektroner och hål genereras med en högre effektivitet än de nuvarande fotodetektorerna baserade på kisel"
Projektet, finansierat av National Natural Science Foundation of China, undersöker hur man designar tryckta flexibla fotodetektorer baserade på grafen och 2D-kristallbläck.
"Det optiska svaret hos de utskrivna 2D-kristallbläcken, kombinerat med deras flexibilitet på plastsubstrat och miljökompatibilitet, är viktiga fördelar med att förbättra flexibel optoelektronik "
