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영국의 노팅엄 대학교(University of Nottingham) 연구팀이 빛을 전기로 변환하는 기능과 같은 유용한 특성을 가진 전자 장치를 새로운 잉크를 사용하는 방법으로 3D 인쇄하는데 성공함. 이 연구는 그래핀과 같은 2 차원 재료의 작은 플레이크를 포함하는 잉크를 분사하여 이러한 복잡하고 맞춤화 된 구조의 서로 다른 층을 쌓고 서로 맞물릴 수 있음을 보여주었음.

양자 역학 모델링을 사용하여 연구원들은 획기적인 장치가 미래에 개선될 수 있는 방법을 완전히 이해하기 위해 전자가 2D 물질층을 통해 이동하는 방식을 정확히 지정했음. 양자 물리학의 기본 개념을 최첨단 기술과 연결함으로써 전기와 빛을 제어하는 복잡한 장치가 얼마나 복잡한 지 보여준 것으로, 두께는 원자 몇 개에 불과하지만 너비가 센티미터로 인쇄하여 만들어짐. 전자가 입자가 아닌 파동으로 작용하는 양자 역학의 법칙에 따르면, 2 차원 물질의 전자가 여러 조각 사이의 복잡한 궤적을 따라 이동하는 것을 발견했음. 마치 연못 표면에 겹쳐진 릴리 패드 사이를 뛰어 다니는 개구리처럼 전자가 한 조각에서 다른 조각으로 뛰어 다니는 것처럼 보임.

그래핀과 같은 2 차원 재료는 보통 평평한 시트에 배열된 탄소 원자의 단일층을 순차적으로 벗겨 낸 다음 맞춤형 구조를 만드는 데 사용됨. 그러나 레이어를 생성하고 이를 결합하여 복잡한 샌드위치와 같은 재료를 만드는 것은 어려웠으며 일반적으로 레이어를 한 번에 하나씩 손으로 힘들게 증착해야했음. 발견 이후 그래핀과 관련된 특허수가 기하급수적으로 증가했음. 그러나 잠재력을 최대한 활용하려면 확장 가능한 제조 기술을 개발해야함. 이 새로운 연구는 작은 그래핀 조각(수십억 분의 1 미터)이 떠있는 잉크를 사용한 적층 제조(일반적으로 3D 프린팅이라고도 함)가 유망한 솔루션을 제공한다는 것을 보여줌. 고급 제조기술을 결합하여 장치를 만드는 정교한 방법과 그 특성을 측정하는 정교한 방법 및 양자파 모델링을 통해 팀은 잉크젯 인쇄 그래핀이 2D 금속 반도체의 접촉 물질로 단층 그래핀을 어떻게 성공적으로 대체할 수 있는지 정확히 알아냈음.

본 연구 성과는 ‘Advanced Functional Materials’ (“Inter‐Flake Quantum Transport of Electrons and Holes in Inkjet‐Printed Graphene Devices‘) 지에 게재됨