噴墨打印技術(shù)的應(yīng)用:可濕度調(diào)控的手性晶體管陣列開(kāi)啟光學(xué)邏輯新紀(jì)元
美國(guó)佐治亞理工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院Vladimir V. Tsukruk教授團(tuán)隊(duì)在《ACS Nano》發(fā)表最新研究，提出了基于手性生物光子材料的多值邏輯（MVL）光計(jì)算系統(tǒng)。該研究通過(guò)整合濕度響應(yīng)型手性向列纖維素納米晶體（CNC）介電層與MicroFab JETLAB II高精度噴墨打印系統(tǒng)的p型（PBTTT-C14）和n型（ITIC-F）有機(jī)半導(dǎo)體，成功構(gòu)建雙功能生物有機(jī)薄膜晶體管（BOFET），實(shí)現(xiàn)五態(tài)邏輯輸出，為下一代低功耗光學(xué)計(jì)算與人機(jī)接口提供全新解決方案。
關(guān)鍵詞：噴墨打印、手性光子晶體、可濕度調(diào)控、光計(jì)算、神經(jīng)形態(tài)芯片、邊緣計(jì)算
▶ 技術(shù)優(yōu)勢(shì)：采用Microfab JETLAB II高精度噴墨打印系統(tǒng)，以40µm噴嘴和5µm級(jí)定位精度，在CNC復(fù)合薄膜上實(shí)現(xiàn)了p型（PBTTT-C14）和n型（ITIC-F）有機(jī)半導(dǎo)體材料的圖案化沉積。這一技術(shù)不僅確保了超薄（~50 nm）、低粗糙度（Rq ≈ 2.1–2.8 nm）的均勻薄膜，還為大規(guī)模陣列化器件（8×12陣列，5×5 cm²襯底）的制備提供了可靠方案，顯著提升了器件的可擴(kuò)展性與一致性，為柔性電子量產(chǎn)提供可行方案
▶ 材料創(chuàng)新：通過(guò)蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝技術(shù)（EISA）成功制備了具有濕度響應(yīng)特性的手性向列纖維素納米晶體（CNC）復(fù)合薄膜。該材料在濕度變化時(shí)，其光子帶隙可動(dòng)態(tài)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光傳輸波長(zhǎng)的選擇性反射，為多值邏輯器件提供了可重構(gòu)的介電層基礎(chǔ)。結(jié)合聚乙二醇（PEG）和氯化鈉（NaCl）的引入，進(jìn)一步提升了材料的靈敏度和低電壓操作性能
▶ 理念創(chuàng)新：通過(guò)調(diào)控光子帶隙（濕度控制）和光子能量（光吸收波長(zhǎng)），成功構(gòu)建雙功能生物有機(jī)薄膜晶體管（BOFET）。該器件在550 nm（綠光）和730 nm（紅光）光照下，輸出電流呈現(xiàn)顯著差異，并產(chǎn)生五種離散邏輯狀態(tài)（0至4），實(shí)現(xiàn)了可重構(gòu)三元邏輯系統(tǒng)，這一設(shè)計(jì)為低功耗光學(xué)信息處理和人機(jī)接口集成提供了新思路▶ 數(shù)據(jù)處理潛力：結(jié)合64位微處理器，該多值邏輯系統(tǒng)可并行處理2×3⁶⁴字節(jié)數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)二進(jìn)制計(jì)算的效率，在量子化學(xué)計(jì)算、實(shí)時(shí)圖像分析等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大應(yīng)用前景。器件的快速響應(yīng)（150 ms）和穩(wěn)定性（偏差應(yīng)力測(cè)試通過(guò)）適用于實(shí)時(shí)圖像處理、邊緣計(jì)算等高速場(chǎng)景
▲圖2：基于CNC復(fù)合物的BOFET的電氣特性.（a）PBTTT-C14和（b）ITIC-F的分子結(jié)構(gòu)，以及噴墨印刷膜的形貌AFM圖像.（c）膜的UV-維斯光譜.（e）PBTTT-C14和（f）ITIC-F在不同濕度下的轉(zhuǎn)移特性，并對(duì)應(yīng)于不同的光源，如550和730 nm
本研究成功開(kāi)發(fā)了一種基于手性生物光子材料的多值邏輯系統(tǒng)，通過(guò)濕度響應(yīng)性CNC/PEG/NaCl復(fù)合介電層與噴墨打印有機(jī)半導(dǎo)體的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)了高效的光電調(diào)控。Microfab JETLAB II高精度噴墨打印系統(tǒng)在研究中發(fā)揮了核心作用，其高精度（5µm級(jí)定位）和可控性確保了p型與n型半導(dǎo)體層的均勻沉積，為器件性能的穩(wěn)定性和可重復(fù)性奠定了基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)在環(huán)境條件下即可實(shí)現(xiàn)低電壓（<2 V）操作，并通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)控光子帶隙和光吸收波長(zhǎng)，生成五種邏輯狀態(tài)。其數(shù)據(jù)處理能力高達(dá)2×3⁶⁴字節(jié)（結(jié)合64位微處理器），遠(yuǎn)超傳統(tǒng)二進(jìn)制計(jì)算的效率。此外，器件的快速響應(yīng)（150 ms）和穩(wěn)定性（通過(guò)偏差應(yīng)力測(cè)試）驗(yàn)證了其實(shí)際應(yīng)用的潛力。這項(xiàng)研究不僅為光計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)傳感器提供了新范式，還展示了噴墨打印技術(shù)在柔性電子和生物集成器件中的廣闊前景。未來(lái)，通過(guò)優(yōu)化材料與工藝，這一技術(shù)有望推動(dòng)低功耗、高密度信息處理系統(tǒng)的快速發(fā)展。
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參考文獻(xiàn)：
[1] Han, M. J., Kim, M., & Tsukruk, V. V. (2022). Multivalued Logic for Optical Computing with Photonically Enabled Chiral Bio-organic Structures. ACS Nano, 16, 13684−13694.
上海睿度光電RUIDU是美國(guó)MicroFab在中國(guó)地區(qū)的指定合作伙伴，專注于納米材料沉積噴墨打印系統(tǒng)和涂層系統(tǒng)的定制化開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)，為高�？蒲性核把邪l(fā)實(shí)驗(yàn)室提供系統(tǒng)的解決方案。如有Inkjet、EHD、Ultra-sonic打印需求，煩請(qǐng)通過(guò)以下方式與我司聯(lián)系：咨詢郵箱：service@rd-mv.com總部電話：021-51816409非常感謝您的關(guān)注，期盼與您合作并探索更多可能。
關(guān)鍵詞：噴墨打印、手性光子晶體、可濕度調(diào)控、光計(jì)算、神經(jīng)形態(tài)芯片、邊緣計(jì)算
▶ 技術(shù)優(yōu)勢(shì)：采用Microfab JETLAB II高精度噴墨打印系統(tǒng)，以40µm噴嘴和5µm級(jí)定位精度，在CNC復(fù)合薄膜上實(shí)現(xiàn)了p型（PBTTT-C14）和n型（ITIC-F）有機(jī)半導(dǎo)體材料的圖案化沉積。這一技術(shù)不僅確保了超薄（~50 nm）、低粗糙度（Rq ≈ 2.1–2.8 nm）的均勻薄膜，還為大規(guī)模陣列化器件（8×12陣列，5×5 cm²襯底）的制備提供了可靠方案，顯著提升了器件的可擴(kuò)展性與一致性，為柔性電子量產(chǎn)提供可行方案
▶ 材料創(chuàng)新：通過(guò)蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝技術(shù)（EISA）成功制備了具有濕度響應(yīng)特性的手性向列纖維素納米晶體（CNC）復(fù)合薄膜。該材料在濕度變化時(shí)，其光子帶隙可動(dòng)態(tài)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光傳輸波長(zhǎng)的選擇性反射，為多值邏輯器件提供了可重構(gòu)的介電層基礎(chǔ)。結(jié)合聚乙二醇（PEG）和氯化鈉（NaCl）的引入，進(jìn)一步提升了材料的靈敏度和低電壓操作性能
▶ 理念創(chuàng)新：通過(guò)調(diào)控光子帶隙（濕度控制）和光子能量（光吸收波長(zhǎng)），成功構(gòu)建雙功能生物有機(jī)薄膜晶體管（BOFET）。該器件在550 nm（綠光）和730 nm（紅光）光照下，輸出電流呈現(xiàn)顯著差異，并產(chǎn)生五種離散邏輯狀態(tài)（0至4），實(shí)現(xiàn)了可重構(gòu)三元邏輯系統(tǒng)，這一設(shè)計(jì)為低功耗光學(xué)信息處理和人機(jī)接口集成提供了新思路▶ 數(shù)據(jù)處理潛力：結(jié)合64位微處理器，該多值邏輯系統(tǒng)可并行處理2×3⁶⁴字節(jié)數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)二進(jìn)制計(jì)算的效率，在量子化學(xué)計(jì)算、實(shí)時(shí)圖像分析等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大應(yīng)用前景。器件的快速響應(yīng)（150 ms）和穩(wěn)定性（偏差應(yīng)力測(cè)試通過(guò)）適用于實(shí)時(shí)圖像處理、邊緣計(jì)算等高速場(chǎng)景
▲圖1：多功能BOFET的MVL節(jié)點(diǎn)。（a）基于CNC蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝的BOFET的制備流程圖。（b）在5 × 5 cm 2 ITO玻璃襯底上的BOFET陣列的照片。（c）由光子帶隙（H）和光子能量（E）觸發(fā)的可重構(gòu)光電電路三元系統(tǒng)的示意性演示。CNC/PEG/NaCl復(fù)合膜響應(yīng)濕度，調(diào)制選擇性光反射，如光學(xué)顯微鏡圖像（中）所示（比例尺為200 μm）�？芍匦屡渲玫娜M由H和E控制
▲圖2：基于CNC復(fù)合物的BOFET的電氣特性.（a）PBTTT-C14和（b）ITIC-F的分子結(jié)構(gòu)，以及噴墨印刷膜的形貌AFM圖像.（c）膜的UV-維斯光譜.（e）PBTTT-C14和（f）ITIC-F在不同濕度下的轉(zhuǎn)移特性，并對(duì)應(yīng)于不同的光源，如550和730 nm
本研究成功開(kāi)發(fā)了一種基于手性生物光子材料的多值邏輯系統(tǒng)，通過(guò)濕度響應(yīng)性CNC/PEG/NaCl復(fù)合介電層與噴墨打印有機(jī)半導(dǎo)體的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)了高效的光電調(diào)控。Microfab JETLAB II高精度噴墨打印系統(tǒng)在研究中發(fā)揮了核心作用，其高精度（5µm級(jí)定位）和可控性確保了p型與n型半導(dǎo)體層的均勻沉積，為器件性能的穩(wěn)定性和可重復(fù)性奠定了基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)在環(huán)境條件下即可實(shí)現(xiàn)低電壓（<2 V）操作，并通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)控光子帶隙和光吸收波長(zhǎng)，生成五種邏輯狀態(tài)。其數(shù)據(jù)處理能力高達(dá)2×3⁶⁴字節(jié)（結(jié)合64位微處理器），遠(yuǎn)超傳統(tǒng)二進(jìn)制計(jì)算的效率。此外，器件的快速響應(yīng)（150 ms）和穩(wěn)定性（通過(guò)偏差應(yīng)力測(cè)試）驗(yàn)證了其實(shí)際應(yīng)用的潛力。這項(xiàng)研究不僅為光計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)傳感器提供了新范式，還展示了噴墨打印技術(shù)在柔性電子和生物集成器件中的廣闊前景。未來(lái)，通過(guò)優(yōu)化材料與工藝，這一技術(shù)有望推動(dòng)低功耗、高密度信息處理系統(tǒng)的快速發(fā)展。
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參考文獻(xiàn)：
[1] Han, M. J., Kim, M., & Tsukruk, V. V. (2022). Multivalued Logic for Optical Computing with Photonically Enabled Chiral Bio-organic Structures. ACS Nano, 16, 13684−13694.
上海睿度光電RUIDU是美國(guó)MicroFab在中國(guó)地區(qū)的指定合作伙伴，專注于納米材料沉積噴墨打印系統(tǒng)和涂層系統(tǒng)的定制化開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)，為高�？蒲性核把邪l(fā)實(shí)驗(yàn)室提供系統(tǒng)的解決方案。如有Inkjet、EHD、Ultra-sonic打印需求，煩請(qǐng)通過(guò)以下方式與我司聯(lián)系：咨詢郵箱：service@rd-mv.com總部電話：021-51816409非常感謝您的關(guān)注，期盼與您合作并探索更多可能。
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