新胶带可以像孩子玩耍一样轻松地拾取和粘贴2D材料

厚度只有原子的材料，即二维（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转移到设备上，因此包含2D材料的设备的商业化面临挑战

现在，九州大学的一个研究团队与日本Nitto Denko公司合作，开发了一种胶带，可以用一种简单易用的方式将2D材料粘贴到许多不同的表面。这一发现于2024年2月9日发表在《自然电子》杂志上。主要作者、九州大学全球创新中心的Hiroki Ago教授表示：“转移2D材料通常是一个非常技术和复杂的过程；材料很容易撕裂或被污染，这会显著降低其独特性能。”。“我们的胶带提供了一种快速简单的替代品，并减少了损伤。”

研究人员开始关注石墨烯。石墨烯由一层薄薄的碳原子制成，坚韧、柔韧、轻盈，具有高导热性和高导电性。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

到目前为止，九州大学和Nitto Denko的研究人员已经成功地使用紫外线胶带转移了直径达10厘米的石墨烯晶片。对于较小的紫外线胶带，粘贴和剥离可以用手完成。然而，当扩大规模进行大规模生产时，机器是有用的。来源：Nakatani等人Nature Electronics

Ago教授解释道：“制造石墨烯的主要方法之一是通过化学气相沉积，在铜膜上生长石墨烯。但为了正常工作，石墨烯必须与铜分离，并转移到硅等绝缘衬底上。”

“为了做到这一点，在石墨烯上放置一种保护性聚合物，然后使用蚀刻溶液（如酸）去除铜。一旦附着到新的基底上，保护性聚合物层就会用溶剂溶解。这一过程成本高昂，耗时长，可能会导致石墨烯表面出现缺陷或留下聚合物痕迹。”

Ago教授和他的同事因此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特殊的聚合物胶带，称为“紫外线胶带”，当紫外线照射时，它会改变对石墨烯的吸引力

在暴露于紫外线之前，胶带与石墨烯有很强的粘附力，使其能够“粘附”。但在紫外线暴露后，原子键发生变化，使与石墨烯的粘附水平降低约10%。紫外线胶带也变得稍微坚硬，更容易剥离。总之，这些变化允许胶带从器件衬底上剥离，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）和过渡金属二硫族化合物（TMDs），前者是一种在堆叠2D材料时可以充当保护层的绝缘体，后者是下一代半导体的一种有前途的材料

重要的是，当研究人员在转移后仔细观察2D材料的表面时，他们看到了比使用当前传统技术转移时更光滑的表面，缺陷更少。在测试这些材料的性能后，他们还发现它们更有效

与目前的转移技术相比，使用紫外线胶带进行转移还具有许多其他优势。由于紫外线胶带是弯曲的，并且转移过程不需要使用塑料溶解溶剂，因此柔性塑料可以用作设备的基底，从而扩大了潜在的应用

“例如，我们制作了一种使用石墨烯作为太赫兹传感器的塑料设备。就像X射线一样，太赫兹辐射可以穿过光不能穿过的物体，但不会损伤身体，”Ago教授说。“它在医疗成像或机场安全方面非常有前景。”

此外，紫外线胶带可以切割成一定尺寸，这样只需要转移所需的确切数量的2D材料，从而最大限度地减少浪费并降低成本。不同材料的2D层也可以很容易地以不同的方向叠放在一起，使研究人员能够探索堆叠材料的新特性

对于他们的下一步，研究人员的目标是将紫外线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褶皱和气泡问题，这些褶皱和气泡会导致小缺陷

研究团队还希望提高稳定性，使2D材料能够在更长的时间内附着在紫外线胶带上，并分发给最终用户，如其他科学家

Ago教授说：“然后，最终用户可以像儿童贴纸一样，通过施加和移除紫外线胶带，将材料转移到他们想要的基底上，而无需培训。”。“这样一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。”