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僅需1分鐘即可完成納米片材料制膜的新技術(shù)

作者：網(wǎng)站管理員　來源：本站原創(chuàng)　日期：2023/4/16 15:42:50　點(diǎn)擊：2017　屬于：行業(yè)新聞

      4月6日，日本名古屋大學(xué)發(fā)表了一項(xiàng)名為“高速薄膜制作法”的新技術(shù)，短短1分鐘即可在基板上無縫排列氧化物、石墨烯、氮化硼等二維材料（納米片）制成薄膜。而原本要生成如此薄膜需要1小時(shí)。

      該成果由名古屋大學(xué)未來材料和系統(tǒng)研究所的長(zhǎng)田實(shí)教授及其研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表，詳情可參考美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)出版的材料與界面工藝學(xué)術(shù)雜志《ACS Applied Materials & Interfaces》。（https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.3c02250?cookieSet=1）

 

此次研究成果圖(出自:名古屋大學(xué)新聞公告PDF)

 

      所謂納米片（nano-sheets），是指石墨烯、六方氮化硼、過渡金屬鹵化物、二硫化鉬(MoS2)和二硫化鎢(WS2)等，具有1至數(shù)個(gè)原子層的超薄片狀材料。不同于以往材料（尺寸在μm以上的結(jié)晶），它們具有高電子和離子遷移率，高介電性能，透明性，高耐熱性等優(yōu)異特性。

 

      要想做出能夠最大發(fā)揮其優(yōu)異特性的元器件，重點(diǎn)在于將納米片稠密地排列在各類基板上并制成薄膜。此前的薄膜制作主要是使用“Langmuir-Blodgett法”（即LB膜），但該方法需要熟練的操作和復(fù)雜的條件，再加上制成1層膜就需要1小時(shí)之久，這就成了納米片應(yīng)用的一大瓶頸。于是，為了解決這些問題并不斷推進(jìn)納米片的元器件開發(fā)和工業(yè)化，開發(fā)一種工藝能夠簡(jiǎn)便且短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)納米片材料的高品質(zhì)稠密排列成膜就成了迫切需求。

 

      此次研究的始末，是在探討新制膜技術(shù)時(shí)，通過使用自動(dòng)移液器，在基板上滴下一滴氧化物、石墨烯、氮化硼等納米材料的膠狀水溶液后將其吸取，嘗試在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了納米材料間無縫隙稠密地自動(dòng)排列。然后，經(jīng)過了1分鐘極短的時(shí)間成功地完成了稠密排列的單層成膜。

 

二維納米片的高速、液相制膜。（a）自動(dòng)制膜設(shè)備的整體照。（b）自動(dòng)制膜設(shè)備的制膜情景。（c）氧化鈦納米片的制膜結(jié)果。（c左）1英寸Si基板上制成的納米片單層膜的光學(xué)照片。（c右）原子力顯微鏡下的膜質(zhì)。可以看出納米片材料緊密地排列著。（出自：名古屋大學(xué)新聞公告PDF）

 

      接下來經(jīng)過對(duì)該自動(dòng)制膜的最佳條件、制膜機(jī)制之后得出結(jié)論，即使用添加1%～2%乙醇的稀釋膠體溶液（濃度：0.02~0.05%/L）效果最佳，通過降低膠體溶液的表面張力，促進(jìn)納米片材料的對(duì)流，可以抑制納米片之間疊壓和縫隙的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)高效的排列控制。進(jìn)一步地重復(fù)單層制膜的操作，還可以形成以納米片厚度為單位的可控的多層膜結(jié)構(gòu)。

 

      研究團(tuán)隊(duì)表示，此次的新技術(shù)不僅可以應(yīng)用于氧化物、石墨烯、氮化硼等多種組合結(jié)構(gòu)的納米片，還可以在各種形狀、尺寸、材質(zhì)的基材上成膜，是一種通用性極高的制膜技術(shù)。另外，該技術(shù)基于自動(dòng)移液器進(jìn)行簡(jiǎn)便的滴落和吸取操作，不需要專業(yè)的知識(shí)和技術(shù)，一下即可完成4寸晶圓大小的大型成膜、小批量按需自動(dòng)成膜等。

 

      該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)便、短時(shí)間且只消耗少量溶液就能完成高品質(zhì)緊密排列的大面積成膜，可以大大削減制造成本，將來或許會(huì)發(fā)展成重要的納米片的工業(yè)制膜方法和納米涂層法。