噴墨打印技術的應用:可濕度調控的手性晶體管陣列開啟光學邏輯新紀元
美國佐治亞理工學院材料科學與工程學院Vladimir V. Tsukruk教授團隊在《ACS Nano》發表最新研究，提出了基于手性生物光子材料的多值邏輯（MVL）光計算系統。該研究通過整合濕度響應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的p型（PBTTT-C14）和n型（ITIC-F）有機半導體，成功構建雙功能生物有機薄膜晶體管（BOFET），實現五態邏輯輸出，為下一代低功耗光學計算與人機接口提供全新解決方案。
關鍵詞：噴墨打印、手性光子晶體、可濕度調控、光計算、神經形態芯片、邊緣計算
▶ 技術優勢：采用Microfab JETLAB II高精度噴墨打印系統，以40µm噴嘴和5µm級定位精度，在CNC復合薄膜上實現了p型（PBTTT-C14）和n型（ITIC-F）有機半導體材料的圖案化沉積。這一技術不僅確保了超薄（~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展性與一致性，為柔性電子量產提供可行方案
▶ 材料創新：通過蒸發誘導自組裝技術（EISA）成功制備了具有濕度響應特性的手性向列纖維素納米晶體（CNC）復合薄膜。該材料在濕度變化時，其光子帶隙可動態調控，實現了對光傳輸波長的選擇性反射，為多值邏輯器件提供了可重構的介電層基礎。結合聚乙二醇（PEG）和氯化鈉（NaCl）的引入，進一步提升了材料的靈敏度和低電壓操作性能
▶ 理念創新：通過調控光子帶隙（濕度控制）和光子能量（光吸收波長），成功構建雙功能生物有機薄膜晶體管（BOFET）。該器件在550 nm（綠光）和730 nm（紅光）光照下，輸出電流呈現顯著差異，并產生五種離散邏輯狀態（0至4），實現了可重構三元邏輯系統，這一設計為低功耗光學信息處理和人機接口集成提供了新思路▶ 數據處理潛力：結合64位微處理器，該多值邏輯系統可并行處理2×3⁶⁴字節數據，遠超傳統二進制計算的效率，在量子化學計算、實時圖像分析等領域展現出巨大應用前景。器件的快速響應（150 ms）和穩定性（偏差應力測試通過）適用于實時圖像處理、邊緣計算等高速場景
▲圖2：基于CNC復合物的BOFET的電氣特性.（a）PBTTT-C14和（b）ITIC-F的分子結構，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在不同濕度下的轉移特性，并對應于不同的光源，如550和730 nm
本研究成功開發了一種基于手性生物光子材料的多值邏輯系統，通過濕度響應性CNC/PEG/NaCl復合介電層與噴墨打印有機半導體的協同作用，實現了高效的光電調控。Microfab JETLAB II高精度噴墨打印系統在研究中發揮了核心作用，其高精度（5µm級定位）和可控性確保了p型與n型半導體層的均勻沉積，為器件性能的穩定性和可重復性奠定了基礎。實驗表明，該系統在環境條件下即可實現低電壓（<2 V）操作，并通過動態調控光子帶隙和光吸收波長，生成五種邏輯狀態。其數據處理能力高達2×3⁶⁴字節（結合64位微處理器），遠超傳統二進制計算的效率。此外，器件的快速響應（150 ms）和穩定性（通過偏差應力測試）驗證了其實際應用的潛力。這項研究不僅為光計算和物聯網傳感器提供了新范式，還展示了噴墨打印技術在柔性電子和生物集成器件中的廣闊前景。未來，通過優化材料與工藝，這一技術有望推動低功耗、高密度信息處理系統的快速發展。
點擊小程序獲取完整資料
參考文獻：
[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MicroFab在中國地區的指定合作伙伴，專注于納米材料沉積噴墨打印系統和涂層系統的定制化開發和生產，為高校科研院所及研發實驗室提供系統的解決方案。如有Inkjet、EHD、Ultra-sonic打印需求，煩請通過以下方式與我司聯系：咨詢郵箱：service@rd-mv.com總部電話：021-51816409非常感謝您的關注，期盼與您合作并探索更多可能。
關鍵詞：噴墨打印、手性光子晶體、可濕度調控、光計算、神經形態芯片、邊緣計算
▶ 技術優勢：采用Microfab JETLAB II高精度噴墨打印系統，以40µm噴嘴和5µm級定位精度，在CNC復合薄膜上實現了p型（PBTTT-C14）和n型（ITIC-F）有機半導體材料的圖案化沉積。這一技術不僅確保了超薄（~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展性與一致性，為柔性電子量產提供可行方案
▶ 材料創新：通過蒸發誘導自組裝技術（EISA）成功制備了具有濕度響應特性的手性向列纖維素納米晶體（CNC）復合薄膜。該材料在濕度變化時，其光子帶隙可動態調控，實現了對光傳輸波長的選擇性反射，為多值邏輯器件提供了可重構的介電層基礎。結合聚乙二醇（PEG）和氯化鈉（NaCl）的引入，進一步提升了材料的靈敏度和低電壓操作性能
▶ 理念創新：通過調控光子帶隙（濕度控制）和光子能量（光吸收波長），成功構建雙功能生物有機薄膜晶體管（BOFET）。該器件在550 nm（綠光）和730 nm（紅光）光照下，輸出電流呈現顯著差異，并產生五種離散邏輯狀態（0至4），實現了可重構三元邏輯系統，這一設計為低功耗光學信息處理和人機接口集成提供了新思路▶ 數據處理潛力：結合64位微處理器，該多值邏輯系統可并行處理2×3⁶⁴字節數據，遠超傳統二進制計算的效率，在量子化學計算、實時圖像分析等領域展現出巨大應用前景。器件的快速響應（150 ms）和穩定性（偏差應力測試通過）適用于實時圖像處理、邊緣計算等高速場景
▲圖1：多功能BOFET的MVL節點。（a）基于CNC蒸發誘導自組裝的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）觸發的可重構光電電路三元系統的示意性演示。CNC/PEG/NaCl復合膜響應濕度，調制選擇性光反射，如光學顯微鏡圖像（中）所示（比例尺為200 μm）。可重新配置的三元組由H和E控制
▲圖2：基于CNC復合物的BOFET的電氣特性.（a）PBTTT-C14和（b）ITIC-F的分子結構，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在不同濕度下的轉移特性，并對應于不同的光源，如550和730 nm
本研究成功開發了一種基于手性生物光子材料的多值邏輯系統，通過濕度響應性CNC/PEG/NaCl復合介電層與噴墨打印有機半導體的協同作用，實現了高效的光電調控。Microfab JETLAB II高精度噴墨打印系統在研究中發揮了核心作用，其高精度（5µm級定位）和可控性確保了p型與n型半導體層的均勻沉積，為器件性能的穩定性和可重復性奠定了基礎。實驗表明，該系統在環境條件下即可實現低電壓（<2 V）操作，并通過動態調控光子帶隙和光吸收波長，生成五種邏輯狀態。其數據處理能力高達2×3⁶⁴字節（結合64位微處理器），遠超傳統二進制計算的效率。此外，器件的快速響應（150 ms）和穩定性（通過偏差應力測試）驗證了其實際應用的潛力。這項研究不僅為光計算和物聯網傳感器提供了新范式，還展示了噴墨打印技術在柔性電子和生物集成器件中的廣闊前景。未來，通過優化材料與工藝，這一技術有望推動低功耗、高密度信息處理系統的快速發展。
點擊小程序獲取完整資料
參考文獻：
[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MicroFab在中國地區的指定合作伙伴，專注于納米材料沉積噴墨打印系統和涂層系統的定制化開發和生產，為高校科研院所及研發實驗室提供系統的解決方案。如有Inkjet、EHD、Ultra-sonic打印需求，煩請通過以下方式與我司聯系：咨詢郵箱：service@rd-mv.com總部電話：021-51816409非常感謝您的關注，期盼與您合作并探索更多可能。
Copyright(C) 1998-2025 生物器材網 電話：021-64166852;13621656896 E-mail：info@bio-equip.com