石墨烯的新好朋友：UV胶带，可以轻松转移神奇材料

研究人员创造了对紫外线敏感的胶带，可以以更简单、更便宜、破坏性更小的方式转移石墨烯等 2D 材料。

厚度仅为原子的材料，称为二维（2D）材料，将彻底改变未来的技术，包括电子行业。 然而，由于难以将这些极薄的材料从制造地点转移到设备上，包含 2D 材料的设备的商业化面临着挑战。

2D材料转移的突破

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，可用于以简单易用的方式将 2D 材料粘在许多不同的表面上。 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 材料通常是一个非常技术性和复杂的过程; 这种材料很容易撕裂或被污染，这大大降低了其独特的性能，“主要作者，九州大学全球创新中心的Hiroki Ago教授说。 “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。”

增强石墨烯的应用

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、轻便，具有高导热性和导电性。它被发现时被称为“神奇材料”，在生物传感、抗癌药物递送、航空和电子设备方面具有潜在的应用。

“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。但为了正常运行，石墨烯必须从铜中分离出来，并转移到绝缘基板上，如硅，“Ago教授解释说。“为此，在石墨烯上放置保护性聚合物，然后使用蚀刻溶液（如酸）去除铜。一旦附着在新的基材上，保护性聚合物层就会用溶剂溶解。这个过程成本高昂，耗时长，并且可能导致石墨烯表面出现缺陷或留下聚合物的痕迹。

因此，Ago教授和他的同事们旨在提供一种转移石墨烯的替代方法。他们使用人工智能开发了一种专门的聚合物胶带，称为“紫外线胶带”，当用紫外线照射时，它会改变其对石墨烯的吸引力。

使用UV胶带推进2D材料

在暴露于紫外线之前，胶带对石墨烯有很强的附着力，使其能够“粘住”。然而，在紫外线照射后，原子键会发生变化，这会使与石墨烯的粘附水平降低约10%。UV胶带也变得更硬，更容易剥离。综上所述，这些变化允许胶带从器件基板上剥离，同时留下石墨烯。

研究人员还开发了可以转移另外两种2D材料的胶带：白色石墨烯（hBN），一种在堆叠2D材料时可以充当保护层的绝缘体，以及过渡金属硫族化合物（TMD），这是一种很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2D材料表面时，他们看到的表面比使用当前传统技术转移时更光滑，缺陷更少。在测试材料的特性后，他们还发现它们更有效率。

与电流转移技术相比，使用UV胶带的转移还具有许多其他优势。由于UV胶带是弯曲的，并且转移过程不需要使用溶塑溶剂，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。

“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。像X射线一样，太赫兹辐射可以穿过光无法穿过的物体，但不会损害身体，“阿戈教授说。“这在医学成像或机场安全方面非常有前途。

更重要的是，UV胶带可以切割成一定尺寸，以便只转移所需的2D材料的确切数量，从而最大限度地减少浪费并降低成本。不同材料的 2D 层也可以很容易地以不同的方向相互叠放，使研究人员能够从堆叠的材料中探索新的新兴特性。

扩展和简化 2D 材质的使用

对于他们的下一步，研究人员的目标是将UV胶带的尺寸扩大到制造商所需的规模。目前，可以转移的最大石墨烯晶片直径为10厘米。Ago教授和他的同事们也在努力解决胶带上形成的皱纹和气泡的问题，这些问题会导致小缺陷。

研究团队还希望提高稳定性，使2D材料可以更长时间地附着在UV胶带上，并分发给最终用户，例如其他科学家。

“然后，最终用户可以通过像儿童贴纸一样粘贴和去除UV胶带，将材料转移到他们想要的基材上，而无需培训，”Ago教授说。“这种简单的方法可以从根本上改变研究风格，加速2D材料的商业开发。