3D tisk 2D materiálů, jak to jde dohromady? Kupodivu dobře. Grafenové vločky by mohly vytvářet přesně definované struktury s vlastnostmi laděnými na míru, ať už jde o elektroniku, optoelektroniku nebo jiné aplikace. Nová studie se zaměřuje na to, jak grafen tisknout pomocí běžných inkoustů, s nimiž vytvoří suspenzi. Technika by přitom měla být použitelná i pro jiné 2D materiály.
Autoři výzkumu uvádějí, že jejich práce kombinuje 2 špičkové obory – na jedné straně teoretickou vědu, kvantovou fyziku, která umožňuje modelovat a předvídat, jak se v konkrétních strukturách z grafenu budou pohybovat elektrony. A vedle toho je tu 3D tisk jako špičková technická/inženýrská aplikace. Výsledkem jsou struktury, kde vločky grafenu mají tloušťku jednoho či několika atomů, ale celkově jsou přitom velké až v centimetrech. Jeden z autorů studie Mark Fromhold z University of Nottingham přímo tvrdí, že na příslušné úrovni se již uplatňuje vlnová povaha elektronů, které se dokáží „přelévat“ mezi vločkami, přeskakují mezi kousky grafenu, které se spolu vzájemně přímo nedotýkají nebo se naopak překrývají, jako když žába skáče na rybníce po listech leknínu. Stejně tak se ve struktuře mohou přesouvat i díry. (Poznámka PH: I když to, jak může mít vlnovou povahu kvazičástice díra, tedy „chybějící elektron“, není zrovna snadno představitelné.)
Ne že by podobná kouzla dosud nebyla vůbec možná, ale vyžadovalo to pracné nanášení grafenové struktury vrstvu po vrstvě. Pomocí 3D tisku vše půjde rychleji a v mnohem větším měřítku, výslednou strukturu by mělo stačit definovat softwarově. Velikost vloček v inkoustu se opravdu pohybuje v nanometrech, a samozřejmě vlastnosti výsledného materiálu lze ovlivnit jejím přesnějším nastavením. Možnou aplikací jsou rovněž kompozity složené z 2D materiálů a polymerů, když i tyto polymery by mohly umožnit přesnější řízení toho, kde jsou grafenové vločky umístěny. Z hlediska optoelektronických aplikací se nabízejí také různé hrátky s barvami kompozitů, což opět může změnit způsob jejich fungování.
Tímto způsobem by možná šlo tisknout nejen solární články či na ohebné elektronické součástky, ale třeba i grafenové mikropočítače jako celek, uvádějí autoři studie.
Feiran Wang et al, Inter‐Flake Quantum Transport of Electrons and Holes in Inkjet‐Printed Graphene Devices, Advanced Functional Materials (2020). DOI: 10.1002/adfm.202007478
Zdroj: University of Nottingham/Phys.org