完全通过打印技术制造的碳纳米管薄膜晶体管。

图片来源：美国杜克大学

科技日报北京10月20日电 （记者刘霞）美国杜克大学科学家在亚微米尺度上，通过打印技术制造出功能完备的晶体管。这些碳基晶体管不仅性能媲美行业标准，更具备完全可回收的特性。该突破有望对市值超过1500亿美元的电子显示器行业产生深远影响，同时也为环境保护带来积极贡献。相关研究成果发表于新一期《自然·电子学》杂志。

几年前，该团队曾开发出全球首款可完全回收的打印电子产品。然而，受限于当时的气溶胶喷射打印技术，图案尺寸无法小于10微米，大大限制了其在消费电子领域的应用潜力。

新研究中，团队跨越了这一尺寸障碍。他们开发出一套“高精度毛细管打印”系统，可以利用表面张力，从微米级移液管中精准抽取微量打印油墨。

研究团队展示了这种新型油墨与打印系统结合，打印出数十微米长的图案，并形成整齐一致的亚微米级间隙，随后无需化学改性或物理处理，即可制造出碳基薄膜晶体管（TFT）。

这种制造方法可利用碳纳米管、石墨烯和纳米纤维素等不同油墨，在硅、玻璃甚至纸张等不同类型基材上制造各种薄膜晶体管器件架构。尽管该技术尚无法取代硅基高性能计算机芯片，但它有望在芯片中集成更多传感器以提高精度。由于这类晶体管是所有平板显示器背板控制的核心元件，在电子显示器领域，这项技术可能带来颠覆性变革。

全球每块电子显示器都包含一个庞大的微型薄膜晶体管阵列，用以控制每个像素。有机发光二极管（OLED）显示器需要至少两个晶体管控制每个像素，新型亚微米打印TFT的性能已接近驱动OLED显示器的要求。

除完全可回收之外，这种打印工艺比传统TFT制造方法更节能，温室气体排放也更少。