一个团队杜克大学普拉特工程学院开发并评估了一种电子产品的“就地打印”技术，这种技术足够温和，可以在包括纸张和人类皮肤在内的微妙表面上工作。不像其他所谓的“印刷电子产品”，需要在每一层添加后经过特殊处理支持多层，这种方法更直接。该结果适用于贴片和生物医学应用的传感器，包括患者特异性的生物传感器。
“多年来，有大量的研究论文承诺要实现这种‘完全打印的电子产品’，但现实是，这个过程实际上涉及多次取出样本，对其进行烘烤、清洗或将材料涂在上面。”杜克大学电子与计算机工程学院詹姆斯·l·和伊丽莎白·m·文森特副教授艾伦·富兰克林说。“我们是第一个现实与公众看法相符的地方。”
与杜克大学化学教授本杰明·威利等人一起，他们开发了一种含有银纳米线的新型墨水，这种墨水可以在低温下用气溶胶打印机打印到任何基底上(图1和图2)．它产生一种薄膜，保持其高导电性(低欧姆电阻)，无需任何进一步的处理。
1.所述原理图说明了超声波雾化器和气溶胶喷墨打印机喷嘴的工作机理。在超声雾化器(左)中，油墨通过超声雾化，墨瓶由惰性载气流动加压(N2)，使混合的雾化油墨和惰性气体流向沉积头。在沉积头(右)中，雾化的墨流被环状惰性气体鞘流(同样，N2)，并指向衬底。印刷在基板上的线的宽度通常在50到100 μm之间，这是用于这项工作的油墨和喷嘴直径。鞘流除了聚焦外，还避免了气溶胶流与喷嘴内壁的直接接触，降低了喷嘴堵塞的风险。(来源:杜克大学)
2.下面是创建薄膜晶体管(TFT)的“原位打印”序列的流程流程和关键阶段的高级概述。(来源:杜克大学)
印刷后，油墨在不到两分钟内干燥，即使经过1000次以上50%的弯曲应变也能保持这种性能。看看这个过程和一些结果的视频:
然而，他们的进步超越了表面简单但有限的功能，即沿着皮肤表面提供高导电路径，如两篇论文的第一篇所述，”用于直接书写电子纹身应用的银纳米线墨水“随着补充文件发表在皇家化学学会(RCS)期刊上纳米级．第二篇论文发表在美国化学学会(ACS)刊物上纳米”,灵活的，就地打印的1D-2D薄膜晶体管使用气溶胶喷射打印”,支持信息解释他们如何扩展导电墨水的过程，以创造如电容器等无源器件(图3)，甚至是活动设备。将它与其他两个可打印元件结合，产生了功能晶体管。
3.示意图(a)说明了h-BN电容器的制备过程:I)用另一块Kapton掩膜Kapton衬底;II)蒸发Au/Cr作为底电极;III)打印h-BN介质层;四、AgNW上电极印刷。光学图像(b)显示127 μm Kapton衬底上有一个h-BN电容器。(来源:杜克大学)
要做到这一点，打印机首先要放下一条半导体碳纳米管。一旦它干了，在不移除打印机的塑料或纸基板的情况下，两条从两边延伸几厘米的银纳米线就会被打印出来。一种二维材料的非导电介质层，六方氮化硼(h-BN)，然后印刷在原来的半导体带的顶部，然后是一个最终的银纳米线栅电极。
其结果是在低温(最大暴露温度≤80°C)的全就地打印过程中创造出1D-2D薄膜晶体管(1D-2D TFTs)，这意味着在整个过程中无需从打印机上移除基板。这些器件的性能通过一些用于场效应晶体管表征的标准参数来评估(图4)．此外，它的开/关电流比高达3.5 × 105，通道移动性高达10.7厘米2/V-sec和低栅迟滞，由于每层的纳米网络结构，这些1D-2D tft在弯曲下表现出非常好的力学稳定性，在2.1%的应变下，经过1000次弯曲测试后，性能变化很小。
4.这些图展示了原位冲洗1D-2D TFT的电性能，包括阈下(a)、转移(b)和输出(c)特性。(来源:杜克大学)
该研究得到了美国国防部国会医学研究项目(W81XWH-17-2-0045)、美国国立卫生研究院(1R21HL141028)和美国国家科学基金会(ECCS-1542015)的支持。
