Une "recette" révolutionnaire pour l'impression à jet d'encre, qui pourrait permettre la fabrication en grand volume de technologies laser et optoélectroniques de nouvelle génération, a été découvert par des chercheurs de Cambridge.

La recherche, dirigé par le Dr Tawfique Hasan, du Cambridge Graphene Centre, Université de Cambridge, ont découvert que l'encre au phosphore noir (BP) - un matériau bidimensionnel unique similaire au graphène - est compatible avec les techniques d'impression à jet d'encre conventionnelles, rendant possible – pour la première fois – la fabrication de masse évolutive de dispositifs laser et optoélectroniques basés sur BP.

Une équipe interdisciplinaire de scientifiques de Cambridge ainsi que de l'Imperial College de Londres, Université Aalto, Université de Beihang, et l'Université du Zhejiang, a soigneusement optimisé la composition chimique de BP pour obtenir une encre stable grâce à l'équilibre des effets fluidiques complexes et concurrents. Cela a permis la production de nouveaux dispositifs laser et optoélectroniques fonctionnels utilisant l'impression à grande vitesse.

En raison du séchage rapide de l'encre BP, la qualité d'impression finale des dispositifs réalisés – un laser et un photodétecteur – est d'une grande qualité et uniformité, et aussi bon que ce que vous attendez de l'impression d'une photographie sur papier.

La recherche intitulée Black phosphorus ink formulation for inkjet printing of optoelectronics and photonics a été publiée aujourd'hui dans Communication Nature et a été financé par la Royal Academy of Engineering et le Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC).

BP contient des propriétés utiles pour les appareils électroniques et optoélectroniques, y compris une bande interdite semi-conductrice qui peut couvrir la région visible et proche infrarouge du spectre électromagnétique.

Monsieur Guohua Hu, l'auteur principal, a déclaré : « Notre formulation d'encre permet une impression à jet d'encre très uniforme qui ne se dégrade pas dans l'environnement ambiant, rapprocher de la réalité de grands réseaux de capteurs de lumière 2D basés sur des matériaux.

« La formulation représente une réalisation scientifique et technique importante en termes d'utilisation de ce matériau BP pour des applications futures. L'encre fonctionnelle, contenant de très petits "flocons" de BP, nous permet d'imprimer sur une grande variété de supports, y compris le plastique, qui reste stable pendant une période prolongée."

Le professeur Meng Zhang de l'Université de Beihang a dirigé les travaux sur l'impression de dispositifs optiques non linéaires basés sur BP qui peuvent être facilement insérés dans des lasers pour agir comme des obturateurs optiques ultra-rapides.

Un faisceau continu de rayonnement laser est converti en une série répétitive de très courtes rafales de lumière (ou impulsions) qui sont très adaptées aux applications industrielles et médicales, par exemple, usinage, forage, l'imagerie et la détection.

"Notre conception de dispositif optique non linéaire utilisant BP atteint des performances et une stabilité opérationnelle nettement meilleures que toute autre démonstration précédente, " a déclaré le professeur Zhang.

« C'est pourquoi notre « recette » d'encre utilisant BP marque une étape importante vers de nouveaux dispositifs et architectures photoniques utilisant un matériau aussi nouveau. »

Dans le cadre de la recherche, l'équipe a également démontré la capacité de BP à agir comme un détecteur de lumière efficace et très réactif, étendre la gamme de longueurs d'onde au-delà de ce qui est actuellement réalisé par les photodétecteurs conventionnels à base de silicium.

Dr Hassan, qui dirige le groupe de recherche Génie des nanomatériaux hybrides, a ajouté :« BP est un matériau post-graphène particulièrement intéressant qui offre de nombreuses opportunités pour de nouveaux dispositifs laser et optoélectroniques. Pourtant, malgré ses performances remarquables en laboratoire, l'exploitation pratique dans le monde réel de ce cristal unique de type graphène a été entravée par la fabrication complexe de matériaux et sa faible stabilité environnementale. Mais notre percée dans l'encre BP est sur le point de changer tout cela et l'encre elle-même peut être intégrée de manière transparente aux technologies complémentaires existantes de métal-oxyde-semi-conducteur (CMOS). »