利用新技术实现高速、大面积沉积纳米薄膜生产

名古屋大学材料与系统可持续发展研究所（IMaSS）的Minoru Osada教授领导的一个日本研究小组开创了一种高速大面积沉积二维（2D）材料的方法，包括氧化物、氧化石墨烯和氮化硼。这种被称为“自发整合转移法”的创新技术是偶然发现的；然而，它有望彻底改变纳米片的生产

研究结果发表在Small杂志上

纳米片的特点是只有几个原子厚。由于其相对于体积的高表面积，这些片材表现出优异的电子、光学、机械和化学性能。纳米片有望彻底改变现代电子和材料科学

传统上，化学气相沉积（CVD）和Langmuir-Blodgett（LB）技术等方法已被用于纳米片制造。然而，这些方法在使用中存在重大障碍，包括难以实现均匀、大面积的沉积以及基材转移过程的复杂性

在寻求更有效的沉积技术的过程中，Osada的团队偶然发现了一个有趣的现象：当纳米片变湿时，它们会自发地在水面上排列，在短短15秒内形成致密的薄膜。这一过程被称为“自发扩散现象”，表明了一种更有效的沉积技术

该小组通过将纳米片溶剂混合物滴到水面上来测试这项技术。由于乙醇的挥发性比水高，它蒸发得更快，在表面产生浓度梯度

乙醇蒸发较多的区域比乙醇浓度较高的区域具有更高的表面张力。表面张力的这种差异导致流体从低张力区域移动到高张力区域，从而产生对流。这些电流引导溶液中的纳米片，使它们在水面上排列成更有序、更致密的结构

Osada说：“纳米片自发排列并紧密堆积在一起，就像浮冰在水面上聚集在一起一样。”。“这种受控的对准对于制造均匀和高质量的纳米片薄膜至关重要。然后，可以很容易地将得到的纳米片膜转移到基材上，在短短一分钟内完成沉积过程。”

这种方法不仅简化了生产过程，还为生产100至200层的多层厚膜打开了大门——这是CVD和LB等传统方法难以实现的。原子力显微镜和共聚焦激光显微镜证实，通过这种技术生产的纳米片是高度均匀的，密集排列的纳米片就像拼图块一样排列

该团队对这项技术的多功能性感到惊讶，成功地将其应用于各种纳米片成分和结构，允许在不同形状和材料的基材上生产大面积薄膜

Osada说：“通过该技术制备的多层薄膜具有优异的功能薄膜性能。它们可用于透明导电薄膜、介电薄膜、光催化薄膜、防腐薄膜和隔热薄膜。”

除了技术优势外，Osada还强调了这种方法的环境效益，他说：“这项技术有望成为一种重要的环保生态工艺，因为它可以在室温下和水溶液工艺中在各种基材上生产薄膜，而不需要真空成膜设备或昂贵的工具，这在传统薄膜工艺中很常见。”