En ny type klebrig tape som er følsom for ultrafiolett lys gjør det enklere og billigere å overføre todimensjonale materialer som grafen til forskjellige overflater. Ifølge sine Japan-baserte utviklere kan den nye tapeteknikken revolusjonere 2D-materialoverføring, og bringe oss nærmere integrering av slike materialer i enheter.

2D-materialer danner grunnlaget for mange avanserte elektroniske og optoelektronikkenheter. Fordi de bare er noen få atomer tykke, er disse materialene imidlertid vanskelige å overføre til enhetens overflater. Nåværende metoder er svært komplekse og involverer ofte etsing av et substrat med etsende syrer. Materialenes ekstreme tynnhet betyr også at de ofte trenger en polymerfilm for å støtte dem under fremstillingsprosessen. Denne filmen må fjernes med løsemiddel etterpå, noe som er tidkrevende og kostbart, og kan skade materialet ved å introdusere uønskede defekter som forringer dets elektroniske og mekaniske egenskaper.

En ny funksjonstape

Forskere ledet av Hiroki siden of Kyushu University sier de nå har funnet en alternativ løsning. Den nye funksjonsteipen, som teamet utviklet ved hjelp av kunstig intelligens (AI), er laget av en polyolefinfilm og et tynt klebelag. Før den utsettes for UV-lys, viser båndet sterke van der Waals-interaksjoner med grafen (en 2D-form for karbon) og fester seg til den. Etter UV-eksponering svekkes disse interaksjonene slik at grafenet lett kan frigjøres og overføres til en måloverflate. Teipen stivner også litt etter UV-eksponering, noe som gjør det enda lettere å skrelle grafenet av det.

Jobber i samarbeid med eksperter fra det japanske produksjonsfirmaet Nitto Denko, utviklet forskerne deretter overføringstape for andre teknologisk viktige 2D-materialer. Disse inkluderer sekskantet bornitrid (hBN), som noen ganger blir referert til som hvit grafen eller "grafens fetter", og overgangsmetalldikalkogenider (TMDs), som viser lovende for post-silisiumelektronikk. I bilder tatt med optiske og atomkraftmikroskoper, virket overflatene til disse materialene etter tapeoverføring jevnere og inneholdt færre defekter enn de som ble overført ved bruk av konvensjonelle tilnærminger.

Fleksibel og lett å kutte i størrelse

Siden UV-tapen er fleksibel og (i motsetning til beskyttende polymerfilmer) ikke trenger å fjernes med organiske løsemidler etter overføring, kan den brukes med underlag som er buede eller følsomme for slike løsemidler, som plast. Ago tror dette kan utvide båndets applikasjoner, og han og kollegene hans demonstrerte dette ved å lage en plastenhet som bruker grafen til å registrere terahertz-stråling. "En slik enhet kan være lovende for medisinsk bildebehandling eller flyplasssikkerhet siden denne strålingen kan passere gjennom gjenstander, akkurat som røntgenstråler," forklarer han.

UV-tapen er også lett å kutte til ønsket størrelse, noe som gjør det lettere å overføre akkurat riktig mengde 2D-materiale. Denne «kutt-og-overføring»-prosessen, som forskerne kaller det, vil minimere avfall og redusere kostnadene.

Et samarbeid som hang fast

Før utviklingen av det nye båndet, jobbet Agos forskningsgruppe i mer enn 10 år med kjemisk dampavsetning som et middel til å syntetisere høykvalitets grafen, hBN og TMD-er. I løpet av den tiden, sier han, ba mange forskere om prøvene deres, men de fleste av dem hadde problemer med å overføre disse 2D-materialene til underlagene deres. «Jeg tenkte derfor: hva om de enkelt kunne gjøre denne overføringen selv? Dette er grunnen til at vi begynte å prøve å lage våre 2D-materialebånd, sier Ago.

For å fremme teknikken, samarbeidet Ago med Nitto Denko, som lager et bredt utvalg av selvklebende tape. Fordi disse båndene oftere ble brukt til tykke materialer som papir, slet samarbeidet til å begynne med, men arbeidet deres ga resultater: "Etter omfattende forskning lyktes vi endelig med å utvikle UV-tape og overføringsprosesser egnet for ren overføring av 2D-materialer." Ago forteller Fysikkens verden.

Mot storskala produksjonsprosesser av 2D-materialer

Ago sier den mest direkte applikasjonen for teknikken, som teamet beskriver i Naturelektronikk, ville være å integrere det i storskala produksjonsprosesser for 2D-materialer. Derfra legger han til: "Jeg forventer personlig utvikling av banebrytende avanserte enheter med vår UV-tapeoverføring fordi vi kan overføre forskjellige typer 2D-materialer og til og med stable disse materialene sammen i ulike orienteringer, en prosess som lar nye elektroniske egenskaper dukke opp».

Selv om overføringsprosessen er relativt jevn, erkjenner Ago og kolleger at den produserer noen rynker og bobler i 2D-materialene. De jobber med forbedringer av sammensetningen av limlaget som kan bidra til å løse dette problemet. Et annet fokus for forbedring er å øke størrelsen på de overførte 2D-materialene utover 4-tommers (102 mm) skivene de bruker for øyeblikket.

"Jeg ønsker også å utvikle produksjonen av mer sofistikerte enheter ved å bruke forskjellige typer 2D-materialer og UV-tape," avslører Ago. "Disse kan vesentlig endre måten elektroniske og fotoniske enheter produseres på." Ytterligere samarbeid med akademia og industri, sier han, kan gjøre teamet i stand til å forbedre denne unike båndoverføringsteknikken og presse frem realiseringen av kommersielle produkter ved bruk av 2D-materialer.

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• PlatoESG. Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
• PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
• kilde: https://physicsworld.com/a/sticky-uv-sensitive-tape-makes-2d-material-transfers-easier/