诺丁汉大学解决了如何使用墨水对具有有用特性（例如将光转换为电的能力）的新型电子设备进行3D打印的难题。
研究表明，可以喷射包含微小的2D材料薄片（例如石墨烯）的油墨，以将这些复杂的，自定义的结构的不同层堆积并啮合在一起。
该研究已经发表在同行评议的《Advanced Functional Materials》杂志上（"喷墨印刷石墨烯器件中电子和空穴的薄片间量子传输"， 'InterFlake Quantum Transport of Electrons and Holes in InkjetPrinted Graphene Devices'）。
石墨烯通常被称为"超级材料"，于2004年首次制造。它具有许多独特的性能，包括比钢更坚固，具有更高的柔韧性以及有史以来最好的电导体。
像石墨烯这样的二维材料通常是通过顺序剥落单层碳原子（排列在平板中）制成的，然后将其用于生成定制结构。然而，生产层并将其组合以制造复杂的，类似三明治的材料是困难的，并且通常需要一次且一次地手工沉积层。
这份新论文表明，使用油墨进行增材制造（通常称为3D打印）是一种有希望的解决方案，油墨中悬浮着微小的石墨烯薄片（数十亿分之一米）。
使用量子力学建模，研究人员还指出了电子如何在2D材料层中运动，以完全了解将来如何修改突破性的器件。
喷墨打印的石墨烯在两个触点之间的代表性石墨烯薄片排列（绿色）。颜色梯度对应于片状电势的变化。
通过结合先进的制造技术来制造设备，以及测量其性能和量子波建模的复杂方法，该团队准确地弄清楚了喷墨印刷的石墨烯如何成功取代单层石墨烯作为2D金属半导体的接触材料。
包含喷墨打印的石墨烯通道的场效应晶体管的光学显微镜图像。
喷墨印刷的石墨烯用于在InSe光电晶体管上制造场效应晶体管和欧姆接触。这是喷墨印刷石墨烯首次成功取代单层石墨烯作为2D金属硫属元素化物的接触材料。
"通过将量子物理学中的基本概念与最新技术联系在一起，我们已经展示了如何通过印刷厚度仅为几原子但几厘米宽的材料层来制造用于控制电和光的复杂设备。根据量子力学定律，其中电子充当波而不是粒子，我们发现二维材料中的电子沿着多个薄片之间的复杂轨迹行进。电子似乎从一个薄片跳到另一个薄片，就像青蛙在池塘表面重叠的睡莲之间跳来跳去。"论文的共同作者，物理与天文学学院院长Mark Fromhold教授。
合著者，来自增材制造中心的Lyudmila Turyanska博士说："虽然2D层和设备以前是3D打印的，但这是第一次有人发现电子如何通过它们移动并展示出结合后的潜在用途。我们的研究结果可能会导致喷墨打印的石墨烯-聚合物复合材料和一系列其他2D材料的广泛应用，这些发现可用于制造新一代功能性光电器件；例如，大型高效的太阳能电池；可穿戴式，由阳光或穿戴者的运动提供动力的柔性电子产品；甚至可能是印刷计算机。"
研究人员使用了多种表征技术-包括微拉曼光谱法（激光扫描），热引力分析，新型3D orbiSIMS仪器和电学测量-以提供对喷墨打印的石墨烯聚合物的详细结构和功能理解以及效果（退火）对性能的影响。
研究的下一步是通过使用聚合物来影响薄片的沉积和排列方式，并尝试使用各种薄片尺寸的不同油墨来更好地控制薄片的沉积。研究人员还希望对材料及其协同工作的方式进行更复杂的计算机模拟，从而开发出对其原型设备进行大规模制造的方式。
这项研究是由EPSRC资助的585万英镑的计划资助下的"实现下一代增材制造"，由增材制造中心的工程师和物理与天文学学院的物理学家共同进行，涉及量子技术。