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僅需1分鐘即可完成納米片材料制膜的新技術

      4月6日，日本名古屋大學發表了一項名為“高速薄膜制作法”的新技術，短短1分鐘即可在基板上無縫排列氧化物、石墨烯、氮化硼等二維材料（納米片）制成薄膜。而原本要生成如此薄膜需要1小時。

      該成果由名古屋大學未來材料和系統研究所的長田實教授及其研究團隊發表，詳情可參考美國化學學會出版的材料與界面工藝學術雜志《ACS Applied Materials & Interfaces》。（https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.3c02250?cookieSet=1）

此次研究成果圖(出自:名古屋大學新聞公告PDF)

      所謂納米片（nano-sheets），是指石墨烯、六方氮化硼、過渡金屬鹵化物、二硫化鉬(MoS2)和二硫化鎢(WS2)等，具有1至數個原子層的超薄片狀材料。不同于以往材料（尺寸在μm以上的結晶），它們具有高電子和離子遷移率，高介電性能，透明性，高耐熱性等優異特性。

      要想做出能夠最大發揮其優異特性的元器件，重點在于將納米片稠密地排列在各類基板上并制成薄膜。此前的薄膜制作主要是使用“Langmuir-Blodgett法”（即LB膜），但該方法需要熟練的操作和復雜的條件，再加上制成1層膜就需要1小時之久，這就成了納米片應用的一大瓶頸。于是，為了解決這些問題并不斷推進納米片的元器件開發和工業化，開發一種工藝能夠簡便且短時間內實現納米片材料的高品質稠密排列成膜就成了迫切需求。

      此次研究的始末，是在探討新制膜技術時，通過使用自動移液器，在基板上滴下一滴氧化物、石墨烯、氮化硼等納米材料的膠狀水溶液后將其吸取，嘗試在短時間內實現了納米材料間無縫隙稠密地自動排列。然后，經過了1分鐘極短的時間成功地完成了稠密排列的單層成膜。

二維納米片的高速、液相制膜。（a）自動制膜設備的整體照。（b）自動制膜設備的制膜情景。（c）氧化鈦納米片的制膜結果。（c左）1英寸Si基板上制成的納米片單層膜的光學照片。（c右）原子力顯微鏡下的膜質?？梢钥闯黾{米片材料緊密地排列著。（出自：名古屋大學新聞公告PDF）

      接下來經過對該自動制膜的最佳條件、制膜機制之后得出結論，即使用添加1%～2%乙醇的稀釋膠體溶液（濃度：0.02~0.05%/L）效果最佳，通過降低膠體溶液的表面張力，促進納米片材料的對流，可以抑制納米片之間疊壓和縫隙的產生，實現高效的排列控制。進一步地重復單層制膜的操作，還可以形成以納米片厚度為單位的可控的多層膜結構。

      研究團隊表示，此次的新技術不僅可以應用于氧化物、石墨烯、氮化硼等多種組合結構的納米片，還可以在各種形狀、尺寸、材質的基材上成膜，是一種通用性極高的制膜技術。另外，該技術基于自動移液器進行簡便的滴落和吸取操作，不需要專業的知識和技術，一下即可完成4寸晶圓大小的大型成膜、小批量按需自動成膜等。

      該技術實現了簡便、短時間且只消耗少量溶液就能完成高品質緊密排列的大面積成膜，可以大大削減制造成本，將來或許會發展成重要的納米片的工業制膜方法和納米涂層法。