可持续性胶体墨水用于柔性基底上1T/2H-MoS2光电探测器的喷墨打印

为解决二维材料MoS2在柔性光电器件应用中墨水稳定性与环保性问题，研究人员通过微波辅助水热法合成1T/2H混合相MoS2粉末（产率91%），并优化二甘醇/水（80:20）作为绿色溶剂体系，制备出高稳定性喷墨打印胶体墨水。所印制的柔性紫外光电探测器表现出1.01 A/W的响应度和2.14×1012 Jones的探测率，为柔性光电器件开发提供了可持续解决方案。

　　

二维材料MoS₂因其独特的电学和光学性质，在柔性光电器件领域展现出巨大潜力。然而，传统制备方法存在反应产率低、相控困难等问题，且商用MoS₂墨水常需有毒溶剂和复杂添加剂。更棘手的是，单纯2H相（半导体性）或1T相（金属性）材料难以兼顾导电性与光响应性能。如何通过绿色工艺实现高性能混合相MoS₂墨水的可控制备，成为推动柔性光电器件发展的关键挑战。

研究人员采用微波辅助与传统水热法联用技术，通过调控反应pH值（2-8.5）成功合成1T/2H混合相MoS₂粉末；利用液相剥离（LPE）筛选二甘醇/水（80:20）作为最佳溶剂体系；通过喷墨打印在聚酰亚胺基底上构建Ag-MoS₂-Ag器件结构。关键表征包括X射线光电子能谱（XPS）分析相组成、动态光散射（DLS）评估墨水稳定性、原子力显微镜（AFM）观测薄膜形貌等。

3.1 合成与表征

pH=2条件下合成的S2样品产率达91%，XPS显示表面含48.3% 1T相和43.3% 2H相。拉曼光谱在153.1 cm^-1（J1模式）和378.6 cm^-1（E¹_2g）处分别检出1T和2H相特征峰，FTIR证实Mo=O（935.3 cm^-1）和Mo-O-Mo（542.7 cm^-1）键存在，表明氧成功掺入晶格。

3.2 墨水配方优化

基于汉森溶解度参数理论筛选的二甘醇/水（80:20）体系，在pH=6时zeta电位达-106 mV，粒径113.2 nm，保持38天无沉降。相较传统N-甲基吡咯烷酮（NMP）体系，该配方避免使用有毒溶剂和表面活性剂。

3.3 器件性能

20次印刷形成的1.89 μm薄膜呈现n型半导体特性，载流子迁移率5.28 cm²/V·s。在365 nm紫外光照下，0.025 cm²器件光电流达3.19×10^-7 A，响应度1.01 A/W，探测率2.14×10¹² Jones，优于同类喷墨打印器件（如Alzakia报道的10^-6 A/W级）。

该研究通过创新性整合材料合成（91%高收率）、墨水配方（二甘醇/水绿色体系）与喷墨打印技术，成功实现1T/2H-MoS₂柔性光电探测器的可控制备。氧掺杂诱导的带隙减小（1.37 eV）与1T相的高导电性协同提升器件性能，其探测率突破10¹² Jones量级，为柔性光电器件的规模化生产提供新范式。Nallybe Rodríguez-Ocanto等人在《Materials Science in Semiconductor Processing》发表的这项工作，标志着二维材料墨水工程向环保化、高性能化迈出重要一步。