厚度仅为原子的材料，称为二维 (2D) 材料，将彻底改变未来技术，包括电子行业。然而，含有 2D 材料的设备的商业化面临着挑战，因为将这些极薄的材料从制造地转移到设备上非常困难。
现在，九州大学的一个研究团队与日本公司 Nitto Denko 合作开发了一种胶带，可以以简单且用户友好的方式将 2D 材料粘贴到许多不同的表面。他们的研究结果于 2024 年 2 月 9 日发表在《自然电子》杂志上。
“转移 2D 材料通常是一个技术性很强且复杂的过程;该材料很容易撕裂或被污染，从而显着降低其独特的性能，”主要作者、九州大学全球创新中心的Hiroki Ago 教授说道。“我们的胶带提供了一种快速而简单的替代方案，并减少了损坏。”
研究人员首先关注石墨烯。石墨烯由薄薄的碳原子片制成，坚韧、柔韧、重量轻，具有高导热性和导电性。它一经发现就被称为“神奇材料”，在生物传感、抗癌药物输送、航空和电子设备方面具有潜在的应用前景。
“制造石墨烯的主要方法之一是通过化学气相沉积，其中石墨烯生长在铜膜上。但为了正常工作，石墨烯必须与铜分离并转移到绝缘基板上，例如硅，”阿戈教授解释道。“为此，将保护性聚合物放置在石墨烯上，然后使用酸等蚀刻溶液去除铜。一旦附着到新的基材上，保护性聚合物层就会用溶剂溶解。这个过程成本高昂、耗时，并且可能会导致石墨烯表面缺陷或留下聚合物痕迹。”
因此，Ago 教授和他的同事致力于提供一种转移石墨烯的替代方法。他们利用人工智能开发了一种特殊的聚合物胶带，称为“紫外线胶带”，当受到紫外线照射时，它会改变其对石墨烯的吸引力。
在暴露于紫外线之前，胶带对石墨烯具有很强的附着力，使其能够“粘住”。但在紫外线照射后，原子键发生变化，从而使石墨烯的附着力降低约 10%。UV 胶带也会变得稍微硬一些并且更容易剥离。总而言之，这些变化使得胶带可以从设备基板上剥离，同时留下石墨烯。
研究人员还开发了可以转移另外两种二维材料的胶带：白色石墨烯(hBN)，一种在堆叠二维材料时可以充当保护层的绝缘体，以及过渡金属二硫属化物(TMD)，一种有前途的下一代半导体材料。
重要的是，当研究人员仔细观察转移后的二维材料表面时，他们发现与使用当前传统技术转移时相比，表面更光滑，缺陷更少。在测试这些材料的特性后，他们还发现它们的效率更高。
与当前的转印技术相比，使用 UV 胶带进行转印还具有许多其他优点。由于UV胶带具有柔韧性，且转移过程不需要使用塑料溶解溶剂，因此可以使用柔性塑料作为设备的基材，从而扩大了潜在的应用范围。
“例如，我们制造了一种使用石墨烯作为太赫兹传感器的塑料设备。与 X 射线一样，太赫兹辐射可以穿过光不能穿过的物体，但不会损害身体，”Ago 教授说。“这对于医学成像或机场安全来说非常有前景。”
更重要的是，UV 胶带可以切割成适当的尺寸，以便仅转移所需数量的 2D 材料，从而最大限度地减少浪费并降低成本。不同材料的二维层也可以轻松地以不同方向堆叠在一起，使研究人员能够探索堆叠材料的新特性。
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