新工藝讓基於納米片的電子器件生產成本更低、速度更快

2021-01-11 科技報告與資訊

日本名古屋大學和日本國立材料科學研究所的科學家們發現，簡單的一滴式方法可以將功能性納米片拼接成單層，這種方法成本更低，速度更快。如果這種在《ACS Nano》雜誌上描述的工藝能夠得到推廣，就能推動下一代氧化物電子器件的發展。

"滴鑄是在固體表面沉積納米材料的最通用和最具成本效益的方法之一，"名古屋大學材料科學家Minoru Osada說，他是該研究的通訊作者。"但它有嚴重的缺點，其中之一是所謂的咖啡圈效應：一旦它們所在的液體蒸發，顆粒就會留下圖案。讓我們非常驚訝的是，通過移液器和熱板控制對流會導致均勻的沉積，而不是環狀的圖案，這為滴鑄提出了一種新的可能性。"

Osada所描述的過程異常地簡單，尤其是與目前可用的滴鑄技術相比，現有技術成本高、耗時長、浪費大。科學家們發現，用簡單的吸管將含有2D納米片的溶液滴到熱板上加熱到100℃左右的基底上，然後取出溶液，就會使納米片在30秒左右的時間內聚集在一起，形成瓦片狀的層。

分析表明，納米片均勻地分布在基材表面，縫隙有限。這可能是表面張力驅動粒子如何分散的結果，以及隨著溶液蒸發，沉積的液滴形狀發生變化。

科學家們用這個過程來沉積二氧化鈦、鈮酸鈣、氧化釕和氧化石墨烯的顆粒溶液。他們還嘗試了不同尺寸和形狀的各種基材，包括矽、二氧化矽、石英玻璃和聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）。他們發現，可以通過加入少量的乙醇來控制溶液的表面張力和蒸發速度。

此外，該團隊還成功地利用這一工藝沉積了多層瓷磚納米片，製造出具有各種功能的納米塗層：導電、半導體、絕緣、磁性和光致變色。

論文標題為《Single Droplet Assembly for Two-Dimensional Nanosheet Tiling》。

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