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インクジェット印刷用の酸化亜鉛(ZnO)とグラフェンによるナノコンポジットインク(ZnOPrGnP)を作製

University of Kansasの研究グループが、インクジェット印刷用の酸化亜鉛(ZnO)とグラフェンによるナノコンポジットインク(ZnOPrGnP)を作製しました。

この研究成果は、ACS Omegaに掲載されています。


この記事は下記論文の紹介記事です。

論文:

Cook, Brent, et al. "Inkjet-Printed Imbedded Graphene Nanoplatelet/Zinc Oxide Bulk Heterojunctions Nanocomposite Films for Ultraviolet Photodetection." ACS Omega (2019).

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsomega.9b03173


酸化亜鉛(ZnO)およびグラフェン、特にそれらのナノハイブリッドは、光検出器、ガスセンサー、および応力/ひずみセンサーに至るまで、さまざまな用途で広く研究されています。


ZnOとグラフェンのナノハイブリッドは、通常、最初に化学気相成長法(CVD)でグラフェンを堆積し、次に上部にZnOを組み込むために水熱成長、スパッタリング、原子層堆積(ALD)、スピンコーティングゾルゲル前駆体、電気化学堆積、蒸気輸送、プレハブZnOナノ構造のドロップキャスティングを行います。

ただし、CVDなどの合成方法には高温と制御されたガス環境が必要であり、スパッタリングやALDなどの他の方法には高価な高真空システムが必要です


インクジェット印刷は、基板と直接接触することなく、機能性材料を選択領域に直接堆積させる独自のアプローチを提供します。

特に、ZnOナノコンポジットとグラファイトナノコンポジットのインクジェット印刷は、柔軟な光検出器と応力/ひずみセンサーに適しています。

過去、グラフェンフレークと混合した予備合成ZnOからなる複合材料を用いたインクジェット印刷例が報告されていますが、これらのインクではZnOプレハブ構造とグラフェン構造の間のインターフェイスがまだ不十分であるという課題を有していました。


この問題を解決するために同研究グループは、ZnO前駆体とグラフェンナノプレートレットを混合したナノコンポジットインクを使用し、ZnOの結晶化中にグラフェンをそのまま維持しながらクリーンなZnO /グラフェンインターフェイスを形成することを試みました。



同研究グループは、グラフェンナノプレートレット(GnP)をZnO前駆体(ZnOPr)溶液に組み込んで、ZnOの結晶化中に形成されたZnO / GnPのバルクヘテロ接合のネットワークで構成される紫外線(UV)光検出器を印刷するためのナノコンポジットインク(ZnOPrGnP)を作製しました。


GnP濃度は、ZnO前駆体で0〜30 mMの範囲で変化させ、ZnO / GnPネットワーク構造の光検出用のインクジェット印刷に最適なインクを定義しています。

20 mMの最適なGnP濃度では、UV光応答性は最大2.2 A / Wに達し、オン/オフ比は最大10^2~10に達しました。


この値は、以前に報告されたインクジェット印刷されたZnO /グラフェンナノコンポジットUV光検出器よりも光応答性が4桁高く、インクジェット印刷された柔軟なZnO UV光伝導体よりも1桁大きい値です。


この改善された応答性は、ZnO / GnP界面でのより効率的な励起子解離と電荷移動のため、ZnO / GnPヘテロ接合の導入に起因すると考えられます。



#インク #ZnOPr #GnP

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