Uma 'receita' inovadora para impressão a jato de tinta, que poderia permitir a fabricação em alto volume de laser de próxima geração e tecnologias optoeletrônicas, foi descoberto por pesquisadores de Cambridge.

A pesquisa, liderado pelo Dr. Tawfique Hasan, do Cambridge Graphene Center, Universidade de Cambridge, descobriram que a tinta Black phosphorous (BP) - um material bidimensional exclusivo semelhante ao grafeno - é compatível com as técnicas convencionais de impressão a jato de tinta, tornando possível - pela primeira vez - a fabricação em massa escalonável de laser baseado em BP e dispositivos optoeletrônicos.

Uma equipe interdisciplinar de cientistas de Cambridge, bem como do Imperial College London, Aalto University, Beihang University, e a Universidade de Zhejiang, otimizou cuidadosamente a composição química do BP para obter uma tinta estável por meio do equilíbrio de efeitos fluídicos complexos e concorrentes. Isso permitiu a produção de novos dispositivos optoeletrônicos e laser funcionais usando impressão de alta velocidade.

Devido à secagem rápida da tinta BP, a qualidade de impressão final dos dispositivos feitos - um laser e um fotodetector - é de alta qualidade e uniformidade, e tão bom quanto o que você esperaria da impressão de uma fotografia em papel.

A pesquisa intitulada Formulação de tinta de fósforo preto para impressão a jato de tinta de optoeletrônica e fotônica foi publicada hoje em Nature Communications e foi financiado pela Royal Academy of Engineering e pelo Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC).

BP contém propriedades úteis para dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos, incluindo uma lacuna de banda semicondutora que pode cobrir a região visível e infravermelha próxima do espectro eletromagnético.

Sr. Guohua Hu, o autor principal, disse:"Nossa formulação de tinta permite a impressão a jato de tinta altamente uniforme, que não se degrada no meio ambiente, trazendo grandes matrizes de sensores de luz baseados em material 2D mais perto da realidade.

"A formulação representa uma conquista científica e técnica significativa em termos de uso deste material BP para aplicações futuras. A tinta funcional, contendo 'flocos' muito pequenos de BP, nos permite imprimir em uma ampla variedade de substratos, incluindo plástico, que permanece estável por um período prolongado. "

O professor Meng Zhang, da Beihang University, liderou o trabalho de impressão de dispositivos óticos não lineares baseados em BP que podem ser inseridos facilmente em lasers para atuar como obturadores óticos ultrarrápidos.

Um feixe contínuo de radiação laser é convertido em uma série repetitiva de rajadas muito curtas de luz (ou pulsos), que é altamente adequada para aplicações industriais e médicas, por exemplo, usinagem, perfuração, imagem e detecção.

"Nosso design de dispositivo óptico não linear usando BP atinge um desempenho e estabilidade operacional significativamente melhores do que qualquer outra demonstração anterior, "disse o professor Zhang.

"É por isso que nossa 'receita' de tinta usando BP marca um passo significativo em direção a novos dispositivos fotônicos e arquiteturas usando um material tão novo."

Como parte da pesquisa, a equipe também demonstrou a capacidade da BP de atuar como um detector de luz eficiente e altamente responsivo, estendendo a faixa de comprimento de onda além do que é atualmente alcançado por fotodetectores convencionais à base de silício.

Dr. Hasan, que lidera o grupo de pesquisa de Engenharia de Nanomateriais Híbridos, acrescentou:"BP é um material pós-grafeno particularmente interessante que oferece muitas oportunidades para novos dispositivos a laser e optoeletrônicos. No entanto, apesar de seu desempenho notável no laboratório, a exploração prática no mundo real deste cristal único semelhante ao grafeno foi prejudicada pela fabricação de materiais complexos e sua estabilidade ambiental pobre. Mas nosso avanço na tinta BP está definido para mudar tudo isso e a própria tinta pode ser perfeitamente integrada com as tecnologias de semicondutores de óxido metálico (CMOS) complementares existentes. "