En ny typ av tejp som är känslig för ultraviolett ljus gör det lättare och billigare att överföra tvådimensionella material som grafen till olika ytor. Enligt dess Japan-baserade utvecklare kan den nya tejptekniken revolutionera överföring av 2D-material och föra oss närmare att integrera sådana material i enheter.

2D-material utgör grunden för många avancerade elektroniska och optoelektronikenheter. Eftersom de bara är några få atomer tjocka är dessa material svåra att överföra till enhetens ytor. Nuvarande metoder är mycket komplexa och involverar ofta etsning av ett substrat med frätande syror. Materialens extrema tunnhet gör också att de ofta behöver en polymerfilm för att stödja dem under tillverkningsprocessen. Denna film måste avlägsnas med lösningsmedel efteråt, vilket är tidskrävande och kostsamt och kan skada materialet genom att införa oönskade defekter som försämrar dess elektroniska och mekaniska egenskaper.

En ny funktionstejp

Forskare ledd av Hiroki sedan of Kyushu University säger att de nu har hittat en alternativ lösning. Den nya funktionstejpen, som teamet utvecklat med hjälp av artificiell intelligens (AI), är gjord av en polyolefinfilm och ett tunt självhäftande lager. Innan den utsätts för UV-ljus uppvisar tejpen starka van der Waals-interaktioner med grafen (en 2D-form av kol) och fastnar på den. Efter UV-exponering försvagas dessa interaktioner så att grafenet lätt kan frigöras och överföras till en målyta. Tejpen stelnar också något efter UV-exponering, vilket gör det ännu lättare att dra bort grafenet.

Arbetar i samarbete med experter från det japanska tillverkningsföretaget Nitto Denko, utvecklade forskarna sedan överföringsband för andra tekniskt viktiga 2D-material. Dessa inkluderar hexagonal bornitrid (hBN), som ibland kallas vit grafen eller "grafens kusin", och övergångsmetalldikalkogenider (TMD), som visar lovande för post-kiselelektronik. I bilder erhållna med optiska och atomära kraftmikroskop verkade ytorna på dessa material efter bandöverföring jämnare och innehöll färre defekter än de som överfördes med konventionella metoder.

Smidig och lätt att skära till

Eftersom UV-tejpen är flexibel och (till skillnad från skyddande polymerfilmer) inte behöver tas bort med organiska lösningsmedel efter överföring, kan den användas med substrat som är böjda eller känsliga för sådana lösningsmedel, såsom plast. Ago tror att detta skulle kunna utöka bandets applikationer, och han och hans kollegor visade detta genom att göra en plastanordning som använder grafen för att känna av terahertzstrålning. "En sådan enhet kan vara lovande för medicinsk bildbehandling eller flygplatssäkerhet eftersom denna strålning kan passera genom föremål, precis som röntgenstrålar", förklarar han.

UV-tejpen är också lätt att klippa till önskad storlek, vilket gör det lättare att överföra precis rätt mängd 2D-material. Denna "cut-and-transfer"-process, som forskarna kallar det, kommer att minimera slöseri och minska kostnaderna.

Ett samarbete som fastnade

Innan den nya tejpen utvecklades arbetade Agos forskargrupp i mer än 10 år med kemisk ångavsättning som ett sätt att syntetisera högkvalitativt grafen, hBN och TMD. Under den tiden, säger han, begärde många forskare sina prover, men de flesta av dem hade problem med att överföra dessa 2D-material till sina substrat. ”Jag tänkte därför: tänk om de lätt kunde göra den här överföringen själva? Det är därför vi började testa att göra våra 2D-materialband, säger Ago.

För att utveckla tekniken samarbetade Ago med Nitto Denko, som tillverkar en mängd olika tejp. Eftersom dessa tejper oftare användes för tjocka material som papper, kämpade samarbetet till en början, men deras arbete gav resultat: "Efter omfattande forskning lyckades vi äntligen utveckla UV-tejper och överföringsprocesser lämpliga för ren överföring av 2D-material." Sedan berättar Fysikvärlden.

Mot storskaliga tillverkningsprocesser av 2D-material

Sedan säger den mest direkta applikationen för tekniken, som teamet beskriver i Naturelektronik, skulle vara att integrera det i storskaliga tillverkningsprocesser för 2D-material. Därifrån, tillägger han, "Jag förväntar mig personligen utvecklingen av banbrytande avancerade enheter med vår UV-bandöverföring eftersom vi kan överföra olika typer av 2D-material och till och med stapla dessa material tillsammans i olika orienteringar, en process som tillåter nya elektroniska egenskaper att växa fram. "

Även om överföringsprocessen är relativt smidig, erkänner Ago och kollegor att den producerar några rynkor och bubblor i 2D-materialen. De arbetar med förbättringar av sammansättningen av limskiktet som kan hjälpa till att lösa detta problem. Ett annat fokus för förbättring är att öka storleken på de överförda 2D-materialen utöver de 4-tums (102 mm) wafers de använder för närvarande.

"Jag vill också utveckla tillverkningen av mer sofistikerade enheter med olika typer av 2D-material och UV-band," avslöjar Ago. "Dessa kan väsentligt förändra hur elektroniska enheter och fotonikenheter produceras." Ytterligare samarbeten med akademi och industri, säger han, skulle kunna göra det möjligt för teamet att "förbättra denna unika tejpöverföringsteknik och driva på förverkligandet av kommersiella produkter med 2D-material".

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/sticky-uv-sensitive-tape-makes-2d-material-transfers-easier/