重磅：科学家利用二维纳米材料喷墨打印晶体管！
导读
爱尔兰科研人员最近利用二维纳米材料，首次制造出了「印刷而成的晶体管」，这种低成本、可量产的技术，可打印例如太阳能电池、LED等电子设备，应用于智能食品、药物标签、下一代纸币、电子护照等产品。
背景知识
首先，让我们将目光聚焦到两个重要的前沿科技创新领域：「二维材料和印刷电子」。
这两个领域目前是在国际上很热门，与今天要介绍的创新成果关系很大，也是我之前一直关注的领域，多篇文章都和这个领域相关。
今天，我暂时不对这两个领域做过分深入的介绍和挖掘，简单看一下这两个科技领域的基本概念。
二维材料
「二维材料」是指电子仅可在两个维度的非纳米尺度（1-100nm）上自由运动（平面运动）的材料，例如石墨烯、氮化硼、过渡族金属化合物（二硫化钼、二硫化钨、二硒化钨）、黑磷等等。
二维材料例如石墨烯，在电气、光学、热学特性方面都有十分优异的特性，广泛应用于包括电子在内的各个领域，我之前多次介绍过石墨烯相关的各种应用。
印刷电子
印刷电子，是使用特殊材料制成的「油墨」，通常是具有导电、介电或半导体性质的材料，通过喷墨打印的方法，制造电子元器件、电路、甚至晶体管。
对此，之前我介绍过多款相关产品，例如：可检测疾病的芯片实验室，新型柔性忆阻器，通过喷墨打印超低成本制造的柔性电路等等。
创新简介
今天要介绍的创新研究成果来自 AMBER，它是由爱尔兰科学基金会赞助的材料科学研究中心，位于都柏林大学圣三一学院。
AMBER 的科研人员第一次制造出了一种「印刷而成的晶体管」，完全由二维纳米材料组成。这些二维材料不仅具有优异的电子属性，而且还可以低成本量产。
研究团队
AMBER 团队的研究已经于今天发表于顶尖的《科学》杂志上。AMBER的研究员、三一学院物理系的教授 Jonathan Coleman 是这项研究的主要负责人。另外，科研团队还包括了Georg Duesberg 教授（AMBER）、Laurens Siebbeles 教授（荷兰代尔夫特理工大学）。
同时，Coleman 教授也是石墨烯旗舰项目的合作伙伴之一。石墨烯旗舰项目是由欧盟发起，以十亿欧元的资金，推进未来10年的新技术和创新。
关键技术
（图片来源于：都柏林大学圣三一学院）
Coleman 教授称，二维纳米材料，能与目前印刷电子设备使用的材料进行竞争。相比于这个领域使用的其它材料来说，二维纳米材料能够生产出更划算、更高性能的印刷电子设备。然而，过去十年以来，二维材料已经广泛应用于一些列的电子设备，但是这是它首次在印刷电子领域的显现价值。
这项研究的发表十分重要，因为它展示了可作为导体、半导体和绝缘体的二维材料，能在复杂设备中结合到一起。晶体管作为电子开关来说，是现代计算机的心脏，所以晶体管的研究至关重要。
团队使用标准的印刷技术，将石墨烯纳米片作为电极，而其它两种纳米材料：二硒化钨（tungsten diselenide）以及氮化硼（boron nitride），分别作为晶体管的两个重要部件：沟道（channel）和绝缘层（separator），从而形成全印刷、全纳米片的晶体管。这些纳米片是扁平的纳米颗粒，只有几个纳米的厚度，然而却有几百纳米的宽度。
创新价值
（图片来源于：都柏林大学圣三一学院）
过去30多年，可印刷的电子设备的开发主要基于可印刷的碳基分子。这些分子能够很容易转化为印刷油墨，但是这些材料有点不稳定，而且具有众所周知的性能限制。
所以，业界做了很多努力超越这些障碍，例如使用碳纳米管或者无机纳米粒子，但是这些材料在性能或者可制造性方面，还是受到一些限制。
虽然目前可印刷的二维电子器件，性能还无法和先进的晶体管相比较，但是团队相信有一些列办法，可以进一步提升可印刷晶体管的性能。
重要地是，由不同材料制成的纳米片具有一些列的电气性能，例如导体、绝缘、半导体，它们包含于电子器件的所有组件中。液体处理工艺具有特别优势，它能够生产出大量的高质量二维材料，并且很容易转化为油墨。
Coleman 教授提供了一种以极低成本打印电路的方案，从而带来一些列的应用，从动画海报到智能标签。
技术授权
Coleman教授的可扩展方案，能以液体的形式打印二维材料，这些材料包括：石墨烯、氮化硼、二硒化钨纳米片，它已经将这项技术授权给了「三星和托马仕雯」。
应用前景
（图片来源于：都柏林大学圣三一学院）
这项研究将开启一些列的潜在应用，例如用于食品包装，显示数字倒计时，警示你食品何时变质；或者用于酒类标签，提示你白酒是否在它最适宜的温度下；甚至用于窗格玻璃，显示当天的天气预报。
未来，它将在信息通信技术和制药等工业领域大显身手，能大量廉价地打印例如太阳能电池、LED等电子设备，应用于智能食品和药物标签，下一代纸币、电子护照等产品。
Coleman 教授认为：
“未来，印刷电子设备将应用于那些甚至是最普通的物体，例如标签、海报和包装。印刷电子电路（由我们已经设计的设备基础上构造的），将使得消费品可以采集、处理、显示和传输信息：例如，牛奶纸盒可以将信息发送到你的手机，来提示牛奶是否将要过期。”
参考资料
【1】http://www.tcd.ie/news_events/articles/scientists-make-major-breakthrough-in-smart-printed-electronics/7733
【2】
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