نوار چسبنده حساس به اشعه ماوراء بنفش انتقال مواد دو بعدی را آسان‌تر می‌کند - دنیای فیزیک

نوار چسبنده حساس به اشعه ماوراء بنفش انتقال مواد دو بعدی را آسان‌تر می‌کند - دنیای فیزیک

تمبر زمان: 12 مارس 2024، 8:00 صبح


مونتاژ عکس که مواد دوبعدی را نشان می‌دهد که با نوار چسب روی لیوان قهوه منتقل شده‌اند. یک قطعه پلاستیکی نازک، انعطاف پذیر و شفاف؛ و یک جفت عینک ایمنی آزمایشگاهی
چسبیده به شما: نوار UV جدید می‌تواند مواد دو بعدی از جمله گرافن و دی‌کالکوژنیدهای فلزات واسطه مانند MoS2 را بر روی طیف وسیعی از بسترهای مختلف از جمله سرامیک، شیشه و پلاستیک و همچنین سیلیکون منتقل کند. (تقدیم: آزمایشگاه آگو، دانشگاه کیوشو)

نوع جدیدی از نوار چسب حساس به نور فرابنفش، انتقال مواد دو بعدی مانند گرافن را بر روی سطوح مختلف آسان‌تر و ارزان‌تر می‌کند. به گفته توسعه دهندگان ژاپنی، تکنیک نوار جدید می تواند انتقال مواد دو بعدی را متحول کند و ما را به ادغام چنین موادی در دستگاه ها نزدیک تر کند.

مواد دو بعدی اساس بسیاری از دستگاه های الکترونیکی و الکترونیکی پیشرفته را تشکیل می دهند. از آنجایی که ضخامت آنها فقط چند اتم است، انتقال این مواد روی سطوح دستگاه دشوار است. روش های فعلی بسیار پیچیده هستند و اغلب شامل اچ کردن یک بستر با اسیدهای خورنده است. نازکی بسیار زیاد مواد همچنین به این معنی است که آنها اغلب به یک لایه پلیمری برای حمایت از آنها در طول فرآیند ساخت نیاز دارند. این فیلم باید پس از آن با حلال حذف شود که زمان بر و پرهزینه است و می تواند با ایجاد عیوب ناخواسته که خواص الکترونیکی و مکانیکی آن را تخریب می کند به مواد آسیب برساند.

نوار کاربردی جدید

محققان به رهبری هیروکی آگو of دانشگاه کیوشو می گویند اکنون یک راه حل جایگزین پیدا کرده اند. نوار کاربردی جدید، که تیم با کمک هوش مصنوعی (AI) ساخته شده است، از یک لایه پلی اولفین و یک لایه چسب نازک ساخته شده است. نوار قبل از قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش، برهمکنش‌های قوی واندروالسی را با گرافن (شکل دوبعدی کربن) نشان می‌دهد و به آن می‌چسبد. پس از قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش، این فعل و انفعالات ضعیف می شوند به طوری که گرافن می تواند به راحتی آزاد شود و به سطح هدف منتقل شود. این نوار همچنین پس از قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش کمی سفت می‌شود که جدا کردن گرافن از روی آن را آسان‌تر می‌کند.

با همکاری کارشناسان شرکت تولیدی ژاپنی نیتو دنکومحققان سپس نوارهای انتقالی را برای سایر مواد دو بعدی مهم از نظر فناوری توسعه دادند. اینها شامل نیترید بور شش ضلعی (hBN) است که گاهی اوقات به عنوان گرافن سفید یا "پسر عموی گرافن" نامیده می شود، و دی کالکوژنیدهای فلزات واسطه (TMDs) که برای الکترونیک پس از سیلیکون امیدوار کننده هستند. در تصاویر به‌دست‌آمده با استفاده از میکروسکوپ‌های نوری و نیروی اتمی، سطوح این مواد پس از انتقال نوار، صاف‌تر و دارای نقص‌های کمتری نسبت به مواردی است که با روش‌های معمولی منتقل می‌شوند.

انعطاف پذیر و به راحتی به اندازه برش داده می شود

از آنجایی که نوار UV انعطاف‌پذیر است و (برخلاف فیلم‌های پلیمری محافظ) پس از انتقال نیازی به جدا کردن با حلال‌های آلی ندارد، می‌توان آن را با بسترهایی که منحنی یا حساس به چنین حلال‌هایی مانند پلاستیک هستند، استفاده کرد. آگو فکر می‌کند که این می‌تواند کاربردهای نوار را گسترش دهد و او و همکارانش این را با ساختن یک دستگاه پلاستیکی نشان دادند که از گرافن برای سنجش تشعشعات تراهرتز استفاده می‌کند. او توضیح می‌دهد: «چنین وسیله‌ای می‌تواند برای تصویربرداری پزشکی یا امنیت فرودگاه امیدوارکننده باشد، زیرا این تشعشع می‌تواند از اجسام عبور کند، درست مانند اشعه ایکس».

نوار ماوراء بنفش به راحتی به اندازه مورد نیاز برش داده می شود و انتقال مقدار مناسب مواد دو بعدی را آسان تر می کند. این فرآیند "برش و انتقال"، همانطور که محققان آن را می نامند، ضایعات را به حداقل می رساند و هزینه را کاهش می دهد.

همکاری که ماندگار شد

قبل از توسعه نوار جدید، گروه تحقیقاتی آگو بیش از 10 سال بر روی رسوب شیمیایی بخار به عنوان وسیله ای برای سنتز گرافن، hBN و TMD با کیفیت بالا کار کرد. او می‌گوید در آن زمان، بسیاری از محققان نمونه‌های خود را درخواست کردند، اما اکثر آنها در انتقال این مواد دو بعدی به زیرلایه‌های خود با مشکل مواجه شدند. "بنابراین فکر کردم: اگر آنها بتوانند به راحتی این انتقال را خودشان انجام دهند چه؟ به همین دلیل است که ما شروع به ساخت نوارهای مواد دو بعدی خود کردیم.

تصویری که مراحل فرآیند انتقال نوار را نشان می دهد. نوار به گرافن رشد داده شده روی یک فیلم مسی چسبانده می شود، نور UV اعمال می شود، گرافن + نوار به صورت الکتروشیمیایی از مس جدا می شود، نوار گرافن + روی یک بستر سیلیکونی اعمال می شود، و نوار جدا می شود و فقط گرافن باقی می ماند. و بستر آن
محققان دانشگاه کیوشو و Nitto Denko نواری ابداع کردند که میزان چسبندگی آن به مواد دو بعدی را در پاسخ به نور UV تغییر می‌دهد. (تقدیم: آزمایشگاه آگو، دانشگاه کیوشو)

برای پیشبرد این تکنیک، آگو با Nitto Denko همکاری کرد که طیف گسترده ای از نوارهای چسب را تولید می کند. از آنجایی که این نوارها بیشتر برای مواد ضخیم مانند کاغذ استفاده می شدند، در ابتدا همکاری با مشکل مواجه شد، اما کار آنها نتیجه داد: «پس از تحقیقات گسترده، سرانجام موفق شدیم نوارهای UV و فرآیندهای انتقال مناسب برای انتقال تمیز مواد دو بعدی را توسعه دهیم.» آگو می گوید دنیای فیزیک.

به سوی فرآیندهای تولید مواد دو بعدی در مقیاس بزرگ

آگو می گوید که مستقیم ترین کاربرد این تکنیک است که تیم در آن توضیح می دهد الکترونیک طبیعت, ادغام آن در فرآیندهای تولید در مقیاس بزرگ برای مواد دو بعدی است. از آنجا، او می افزاید: «من شخصاً انتظار توسعه دستگاه های پیشرفته پیشرفته با انتقال نوار UV را دارم، زیرا ما می توانیم انواع مختلفی از مواد دو بعدی را انتقال دهیم و حتی این مواد را در کنار هم قرار دهیم. جهت گیری های مختلف، فرآیندی که به ویژگی های الکترونیکی جدید اجازه ظهور می دهد"

اگرچه فرآیند انتقال نسبتاً صاف است، آگو و همکارانش اذعان دارند که برخی از چین و چروک‌ها و حباب‌ها را در مواد دو بعدی ایجاد می‌کند. آنها در حال کار بر روی بهبود ترکیب لایه چسب هستند که ممکن است به حل این مشکل کمک کند. تمرکز دیگر برای بهبود، افزایش اندازه مواد 2 بعدی منتقل شده فراتر از ویفرهای 2 اینچی (4 میلی متر) است که در حال حاضر استفاده می کنند.

آگو می گوید: "من همچنین می خواهم ساخت دستگاه های پیچیده تر را با استفاده از انواع مختلف مواد دو بعدی و نوارهای UV توسعه دهم." "اینها می توانند به طور قابل توجهی روش تولید دستگاه های الکترونیکی و فوتونیک را تغییر دهند." او می‌گوید که همکاری‌های بیشتر با دانشگاه و صنعت می‌تواند این تیم را قادر سازد "این تکنیک منحصر به فرد انتقال نوار را بهبود بخشد و تحقق محصولات تجاری با استفاده از مواد دوبعدی را پیش ببرد."

تمبر زمان:

بیشتر از دنیای فیزیک