잉크젯 인쇄 그래핀을 사용하여 미래의 전자 제품을 만드는 방법

노팅엄 대학(University of Nottingham)의 연구원들은 빛을 전기로 변환하는 능력과 같은 유용한 특성을 가진 새로운 전자 장치를 3D 인쇄하기 위해 잉크를 사용하는 방법에 대한 수수께끼를 풀었습니다. 그들의 연구는 그래핀과 같은 2D 물질의 작은 조각을 포함하는 잉크를 분사하여 이러한 복잡한 맞춤형 구조의 서로 다른 층을 형성하고 함께 맞물릴 수 있음을 보여줍니다.

연구원들은 양자 역학 모델링을 사용하여 전자가 2D 물질 층을 통해 이동하는 방식을 정확히 지적하여 향후 장치가 어떻게 수정될 수 있는지 완전히 이해했습니다.

종종 '수퍼 재료'로 묘사되는 그래핀은 2004년에 처음 만들어졌습니다. 이것은 강철보다 강하고, 매우 유연하며, 지금까지 만들어진 최고의 전기 전도체를 포함하여 많은 독특한 특성을 보여줍니다. 그래핀과 같은 2차원 물질은 일반적으로 평평한 시트에 배열된 탄소 원자의 단일 층을 순차적으로 박리하여 만든 다음 맞춤형 구조를 생성하는 데 사용됩니다. 그러나 레이어를 생성하고 조합하여 복잡한 샌드위치와 같은 재료를 만드는 것은 어렵고 일반적으로 한 번에 하나씩 손으로 레이어를 힘들게 증착해야 했습니다.

“양자 물리학의 기본 개념을 최첨단 엔지니어링과 연결함으로써 우리는 두께가 몇 센티미터에 불과한 원자층을 인쇄하여 전기와 빛을 제어하는 ​​복잡한 장치를 만들 수 있음을 보여주었습니다. 전자가 입자가 아닌 파동으로 작용하는 양자 역학의 법칙에 따르면 2D 물질의 전자는 여러 조각 사이의 복잡한 궤적을 따라 이동합니다. 마치 연못 표면의 겹겹이 백합잎 사이를 개구리가 뛰어다니는 것처럼 전자가 한 조각에서 다른 조각으로 뛰어다니는 것처럼 보입니다.”라고 물리학 및 천문학 학교의 학장인 Mark Fromhold 교수가 말했습니다.

그래핀이 발견된 이후로 그래핀과 관련된 특허의 수가 기하급수적으로 증가했습니다. 그러나 잠재력을 최대한 활용하려면 확장 가능한 제조 기술을 개발해야 합니다. 이 새로운 연구는 작은 그래핀 조각(수십억분의 1미터)이 매달려 있는 잉크를 사용하는 적층 제조(3D 인쇄)가 유망한 솔루션을 제공한다는 것을 보여줍니다. 첨단 제조 기술과 장치를 만드는 정교한 방법, 양자파 모델링을 결합하여 잉크젯으로 인쇄한 그래핀이 2D 금속 반도체의 접촉 재료로서 단층 그래핀을 성공적으로 대체할 수 있는 방법을 정확히 알아냈습니다.

“2D 레이어와 장치는 이전에 3D로 인쇄되었지만 전자가 어떻게 이동하는지 확인하고 결합된 인쇄 레이어의 잠재적인 용도를 입증한 것은 이번이 처음입니다. 우리의 결과는 잉크젯으로 인쇄된 그래핀-폴리머 복합재 및 기타 다양한 2D 재료에 대한 다양한 응용으로 이어질 수 있습니다. 이 발견은 새로운 세대의 기능적 광전자 장치를 만드는 데 사용될 수 있습니다. 예를 들어, 크고 효율적인 태양 전지; 태양광 또는 착용자의 움직임에 의해 구동되는 웨어러블, 유연한 전자 장치; 아마도 인쇄된 컴퓨터일 수도 있습니다.”라고 Lyudmila Turyanska 박사가 말했습니다.

연구원들은 마이크로 라만 분광법(레이저 스캐닝), 열 중력 분석, 새로운 3D orbiSIMS 기기 및 전기 측정을 포함한 광범위한 특성화 기술을 사용하여 잉크젯으로 인쇄된 그래핀 폴리머와 성능에 열처리(어닐링).

연구의 다음 단계는 폴리머를 사용하여 플레이크 크기가 다양한 다양한 잉크를 배열 및 정렬하고 시도하는 방식에 영향을 주어 플레이크의 침착을 더 잘 제어하는 ​​것입니다. 연구원들은 또한 재료와 재료가 함께 작동하는 방식에 대한 보다 정교한 컴퓨터 시뮬레이션을 개발하여 프로토타입 장치를 대량 제조하는 방법을 개발하기를 희망합니다.