الشريط اللاصق الحساس للأشعة فوق البنفسجية يجعل عمليات نقل المواد ثنائية الأبعاد أسهل - عالم الفيزياء

نوع جديد من الشريط اللاصق حساس للأشعة فوق البنفسجية يجعل من الأسهل والأرخص نقل المواد ثنائية الأبعاد مثل الجرافين على أسطح مختلفة. ووفقا لمطوريها في اليابان، فإن تقنية الشريط الجديدة يمكن أن تحدث ثورة في نقل المواد ثنائية الأبعاد، مما يجعلنا أقرب إلى دمج هذه المواد في الأجهزة.

تشكل المواد ثنائية الأبعاد الأساس للعديد من الأجهزة الإلكترونية والإلكترونية الضوئية المتقدمة. ونظرًا لأن سمكها لا يتجاوز بضع ذرات، فمن الصعب نقل هذه المواد إلى أسطح الأجهزة. الطرق الحالية معقدة للغاية وغالبًا ما تتضمن حفر الركيزة باستخدام الأحماض المسببة للتآكل. وتعني النحافة الشديدة للمواد أيضًا أنها غالبًا ما تحتاج إلى طبقة بوليمر لدعمها أثناء عملية التصنيع. يجب إزالة هذا الغشاء باستخدام مذيب بعد ذلك، وهو أمر يستغرق وقتًا طويلاً ومكلفًا، ويمكن أن يؤدي إلى تلف المادة عن طريق إدخال عيوب غير مرغوب فيها تؤدي إلى تدهور خصائصها الإلكترونية والميكانيكية.

شريط وظيفي جديد

الباحثون بقيادة هيروكي اجو of جامعة كيوشو يقولون أنهم وجدوا الآن حلاً بديلاً. الشريط الوظيفي الجديد، الذي طوره الفريق بمساعدة الذكاء الاصطناعي، مصنوع من فيلم بولي أوليفين وطبقة لاصقة رقيقة. قبل تعريضه للأشعة فوق البنفسجية، يُظهر الشريط تفاعلات فان دير فالس القوية مع الجرافين (شكل ثنائي الأبعاد من الكربون) ويلتصق به. بعد التعرض للأشعة فوق البنفسجية، تضعف هذه التفاعلات بحيث يمكن إطلاق الجرافين بسهولة ونقله إلى السطح المستهدف. كما يصبح الشريط متصلبًا قليلاً بعد التعرض للأشعة فوق البنفسجية، مما يجعل من السهل تقشير الجرافين منه.

العمل بالتعاون مع خبراء من شركة التصنيع اليابانية نيتو دينكوثم قام الباحثون بتطوير أشرطة نقل لمواد ثنائية الأبعاد أخرى ذات أهمية تكنولوجية. وتشمل هذه العناصر نيتريد البورون السداسي (hBN)، والذي يشار إليه أحيانًا باسم الجرافين الأبيض أو "ابن عم الجرافين"، وثنائي كالكوجينيدات المعادن الانتقالية (TMDs)، التي تبشر بالخير في مجال إلكترونيات ما بعد السيليكون. وفي الصور التي تم الحصول عليها باستخدام مجاهر القوة الضوئية والذرية، بدت أسطح هذه المواد بعد نقل الشريط أكثر سلاسة وتحتوي على عيوب أقل من تلك المنقولة باستخدام الأساليب التقليدية.

مرنة ويمكن قصها بسهولة حسب الحجم

نظرًا لأن شريط الأشعة فوق البنفسجية مرن و(على عكس أفلام البوليمر الواقية) لا يحتاج إلى إزالته بالمذيبات العضوية بعد النقل، فيمكن استخدامه مع الركائز المنحنية أو الحساسة لمثل هذه المذيبات، مثل البلاستيك. ويعتقد آغو أن هذا يمكن أن يوسع نطاق تطبيقات الشريط، وقد أثبت هو وزملاؤه ذلك من خلال صنع جهاز بلاستيكي يستخدم الجرافين لاستشعار إشعاع تيراهيرتز. ويوضح قائلاً: "يمكن أن يكون مثل هذا الجهاز واعدًا للتصوير الطبي أو أمن المطارات، حيث يمكن لهذا الإشعاع أن يمر عبر الأجسام، تمامًا مثل الأشعة السينية".

من السهل أيضًا قطع شريط الأشعة فوق البنفسجية إلى الحجم المطلوب، مما يسهل نقل الكمية المناسبة من المواد ثنائية الأبعاد. إن عملية "القطع والنقل" هذه، كما يسميها الباحثون، سوف تقلل من الهدر وتخفض التكلفة.

التعاون الذي عالق

قبل تطوير الشريط الجديد، عملت مجموعة أبحاث Ago لأكثر من 10 سنوات على ترسيب البخار الكيميائي كوسيلة لتصنيع الجرافين عالي الجودة، وhBN، وTMDs. ويقول إنه خلال تلك الفترة، طلب العديد من الباحثين عيناتهم، لكن معظمهم واجه مشاكل في نقل هذه المواد ثنائية الأبعاد إلى ركائزها. "لذلك فكرت: ماذا لو كان بإمكانهم بسهولة القيام بهذا النقل بأنفسهم؟ ولهذا السبب بدأنا في محاولة صنع أشرطة المواد ثنائية الأبعاد،» كما يقول آجو.

ولتطوير هذه التقنية، تعاونت شركة Ago مع شركة Nitto Denko، التي تصنع مجموعة واسعة من الأشرطة اللاصقة. نظرًا لأن هذه الأشرطة كانت تستخدم في كثير من الأحيان للمواد السميكة مثل الورق، فقد واجه التعاون صعوبات في البداية، لكن عملهم أتى بثماره: "بعد بحث مكثف، نجحنا أخيرًا في تطوير أشرطة الأشعة فوق البنفسجية وعمليات النقل المناسبة للنقل النظيف للمواد ثنائية الأبعاد." يقول منذ عالم الفيزياء.

نحو عمليات تصنيع واسعة النطاق للمواد ثنائية الأبعاد

يقول Ago هو التطبيق الأكثر مباشرة لهذه التقنية، والتي وصفها الفريق إلكترونيات الطبيعة, سيكون دمجها في عمليات التصنيع واسعة النطاق للمواد ثنائية الأبعاد. ويضيف: "من هنا، أتوقع شخصيًا تطوير أجهزة متقدمة ومتطورة من خلال نقل الأشرطة فوق البنفسجية لأننا نستطيع نقل أنواع مختلفة من المواد ثنائية الأبعاد وحتى تجميع هذه المواد معًا في اتجاهات مختلفة، وهي عملية تسمح بظهور خصائص إلكترونية جديدة".

على الرغم من أن عملية النقل سلسة نسبيًا، إلا أن آجو وزملائه يعترفون بأنها تنتج بعض التجاعيد والفقاعات في المواد ثنائية الأبعاد. إنهم يعملون على إدخال تحسينات على تركيبة الطبقة اللاصقة التي قد تساعد في حل هذه المشكلة. هناك تركيز آخر للتحسين وهو زيادة حجم المواد ثنائية الأبعاد المنقولة بما يتجاوز الرقائق مقاس 2 بوصات (2 ملم) التي يستخدمونها حاليًا.

يكشف Ago قائلاً: "أريد أيضًا تطوير تصنيع أجهزة أكثر تطورًا باستخدام أنواع مختلفة من المواد ثنائية الأبعاد وأشرطة الأشعة فوق البنفسجية". "وهذا يمكن أن يغير بشكل كبير طريقة إنتاج الأجهزة الإلكترونية والضوئية." ويقول إن المزيد من التعاون مع الأوساط الأكاديمية والصناعة يمكن أن يمكّن الفريق من "تحسين تقنية نقل الأشرطة الفريدة هذه والمضي قدمًا في تحقيق المنتجات التجارية باستخدام مواد ثنائية الأبعاد".

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/sticky-uv-sensitive-tape-makes-2d-material-transfers-easier/