今天发表在NatureElectronics上的一项研究由伦敦帝国理工学院和都灵理工大学的研究人员领导，揭示了负责印刷二维(2D)材料中电力传输的物理机制。

这项工作确定了需要调整2D材料薄膜的哪些特性才能使电子设备按订单生产，从而合理设计新型高性能印刷和柔性电子产品。

硅芯片是为我们大部分电子产品提供动力的组件，从健身追踪器到智能手机。然而，它们的刚性特性限制了它们在柔性电子产品中的使用。由单原子厚层制成的2D材料可以分散在溶液中并配制成可印刷油墨，从而生产出极其柔韧、半透明且具有新颖电子特性的超薄膜。

这开辟了新型设备的可能性，例如那些可以集成到柔性和可拉伸材料中的设备，如衣服、纸张，甚至是人体组织中的纸巾。

以前，研究人员已经用打印的2D材料墨水制造了几种柔性电子设备，但这些都是一次性的“概念验证”组件，旨在展示一种特定属性，例如高电子迁移率、光检测或电荷可以实现存储。

然而，在不知道为了设计打印的2D材料设备需要控制哪些参数的情况下，它们的广泛使用受到了限制。现在，国际研究团队已经研究了电荷在几种二维材料喷墨印刷薄膜中的传输方式，展示了它是如何受到温度、磁场和电场变化的控制的。

该团队研究了三种典型的二维材料：石墨烯(一种由单层碳原子构成的“半金属”)、二硫化钼(或MoS2，一种“半导体”)和碳化钛MXene(或Ti3C2，一种金属)并绘制了电荷传输行为在这些不同条件下的变化情况。

来自帝国理工学院化学系的首席研究员FeliceTorrisi博士说：“我们的研究结果对我们理解二维材料网络传输的方式产生了巨大影响，不仅使未来印刷的受控设计和工程成为可能基于二维材料的电子产品，以及新型柔性电子设备。

“例如，我们的工作为适用于生物医学应用的可靠可穿戴设备铺平了道路，例如远程监测患者，或用于长期监测退行性疾病或愈合过程的生物植入设备。”

这些未来的设备有朝一日可以取代侵入性程序，例如植入大脑电极来监测影响神经系统的退化状况。电极只能暂时植入，并且让患者感到不舒服，而由生物相容性2D材料制成的柔性设备可以与大脑集成并提供持续监测。

其他潜在的医疗保健应用包括用于监测医疗保健的可穿戴设备——比如健身手表，但与身体更加集成，提供足够准确的数据，使医生能够监测患者，而无需将他们带到医院进行检查。

该团队发现的2D材料类型与电荷传输控制之间的关系将帮助其他研究人员根据他们需要电荷如何起作用来设计具有他们所需特性的打印和柔性2D材料设备。

他们还可以揭示如何设计使用硅芯片无法实现的全新类型的电子组件，例如透明组件或以新方式修改和传输光的组件。

来自都灵理工大学的合著者RenatoGonnelli教授说：“对电子如何通过2D材料网络传输的基本理解支持我们制造印刷电子元件的方式。通过确定负责这种电子传输的机制，我们将能够实现高性能印刷电子产品的优化设计。”

剑桥石墨烯中心和帝国理工学院化学系的共同第一作者AdreesArbab说：“此外，我们的研究可以利用石墨烯和其他二维材料的创新特性，例如令人难以置信的高流动性、光学透明度和机械强度。”