近日发表在《自然-电子学》上的一项研究，由伦敦帝国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。

这项工作确定了二维材料薄膜的哪些特性需要调整以使电子设备符合要求，从而可以合理地设计一类新的高性能印刷和柔性电子产品。

硅芯片是为我们大多数电子产品提供动力的部件，从健身追踪器到智能手机。然而，其僵硬的性质限制了它们在柔性电子产品中的应用。由单原子厚的层组成的二维材料可以分散在溶液中，并配制成可印刷的油墨，生产出极其灵活、半透明并具有新的电子特性的超薄薄膜。

这为新型设备提供了可能性，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，甚至是人体的组织。

此前，研究人员已经用印刷的二维材料油墨制造了几个柔性电子设备，但这些都是一次性的 "概念验证 "部件，建造这些部件是为了展示如何实现一种特定的特性，如高电子迁移率、光检测或电荷存储。

然而，由于不知道在设计印刷的二维材料设备时应该控制哪些参数，它们的广泛使用一直受到限制。现在，国际研究小组已经研究了电子电荷是如何在几种喷墨打印的二维材料薄膜中传输的，显示出它是如何被温度、磁场和电场的变化所控制的。

研究小组调查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），并绘制了电荷传输的行为在这些不同条件下的变化。

来自帝国理工学院化学系的首席研究员Felice Torrisi博士说："我们的成果对我们理解通过二维材料网络传输的方式产生了巨大的影响，不仅使未来基于二维材料的印刷电子产品的控制设计和工程成为可能，而且也使新型的柔性电子设备成为可能。例如，我们的工作为适合生物医学应用的可靠的可穿戴设备铺平了道路，例如对病人的远程监测，或用于长期监测退行性疾病或愈合过程的生物植入设备。"

这些未来的设备有一天可以取代侵入性程序，如植入大脑电极来监测影响神经系统的退行性疾病。电极只能临时植入，而且对病人来说是不舒服的，而由生物兼容的二维材料制成的灵活设备可以与大脑结合，并提供持续的监测。

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，如健身手表，但更多地与身体结合，提供足够准确的数据，使医生能够监测病人，而无需将他们带到医院进行测试。

研究小组在二维材料类型和电荷传输控制之间发现的关系将帮助其他研究人员根据他们需要的电荷作用方式，设计出具有他们所期望的特性的印刷和柔性二维材料设备。

他们还可能揭示出如何设计出不可能使用硅芯片的全新类型的电气元件，如透明元件或以新方式改变和传输光线的元件。

对电子如何通过二维材料网络传输的基本理解是我们制造印刷电子元件的基础。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最佳设计。

共同第一作者、来自剑桥石墨烯中心和帝国理工学院化学系的Adrees Arbab说："此外，我们的研究可以释放新的电子和光电设备，利用石墨烯和其他二维材料的创新特性，如令人难以置信的高流动性、光学透明度和机械强度。"