厚度僅為原子的材料，即二維（2D）材料將為未來技術，包括電子工業帶來革命性的變化。然而，由於難以將這些極薄的材料從製造地轉移到設備上，含有二維材料的設備的商業化一直面臨挑戰。研究人員創造出了紫外線敏感膠帶，可以更方便、更便宜、更少損害地轉移石墨烯等二維材料。

九州大學和日東電工的研究人員開發出一種膠帶，它能在紫外線照射下改變對二維材料的”黏性”。資料來源：九州大學阿戈實驗室

現在，九州大學的一個研究小組與日本日東電工公司合作開發了一種膠帶，可用於將二維材料粘貼到許多不同的表面上，而且操作簡便、易於使用。他們的研究成果發表在2024 年2 月9 日的《自然-電子學》（Nature Electronics）期刊。

“轉移二維材料通常是一個非常技術性和複雜的過程；材料很容易撕裂或受到污染，從而大大降低其獨特的性能，”領銜作者、九州大學全球創新中心的Hiroki Ago 教授說。”我們的膠帶提供了一種快速、簡單的替代方法，並能減少損壞”。

九州大學的研究人員發現，使用紫外線膠帶而不是聚合物轉移石墨烯能更好地保持材料的完整性並減少缺陷。資料來源：九州大學阿戈實驗室

研究人員首先關注石墨烯。石墨烯由碳原子薄片製成，具有堅韌、柔韌、輕質、高導熱性和高導電性等特性。石墨烯一發現就被譽為”神奇材料”，可應用於生物感測、抗癌藥物輸送、航空和電子設備等領域。

“製造石墨烯的主要方法之一是化學氣相沉積法，即在銅膜上生長石墨烯。但要發揮正常性能，石墨烯必須與銅分離，並轉移到矽等絕緣基底上，”阿戈教授解釋說。”要做到這一點，需要在石墨烯上覆蓋一層保護性聚合物，然後使用酸等蝕刻溶液去除銅。附著到新基底後，再用溶劑溶解聚合物保護層。這一過程成本高、耗時長，而且可能導致石墨烯表面出現缺陷或留下聚合物的痕跡。”

因此，阿戈教授和他的同事旨在提供一種轉移石墨烯的替代方法。他們利用人工智慧技術開發了一種被稱為”紫外線膠帶”的特殊聚合物膠帶，這種膠帶在紫外線照射下會改變對石墨烯的吸引力。

新設計的紫外線膠帶能夠將二維材料（包括石墨烯和過渡金屬二鹵化物）轉移到一系列不同的基底上，包括矽、陶瓷、玻璃和塑膠。資料來源：九州大學阿戈實驗室

在紫外線照射之前，膠帶與石墨烯的黏著力很強，可以將其”黏”住。然而，紫外線照射後，原子鍵發生變化，與石墨烯的黏附力降低了約10%。紫外線膠帶也會變得稍硬，更容易剝離。綜合來看，這些變化使得膠帶可以從設備基板上剝離，同時留下石墨烯。

研究人員還開發了可以轉移另外兩種二維材料的膠帶：白石墨烯（hBN）和過渡金屬二鹵化物（TMDs），前者是一種絕緣體，可以在二維材料堆疊時充當保護層，後者則是下一代半導體的理想材料。

重要的是，當研究人員仔細觀察二維材料轉移後的表面時，他們發現與目前使用傳統技術轉移時相比，二維材料表面更光滑，缺陷更少。在測試這些材料的特性時，他們也發現它們的效率更高。

迄今為止，九州大學和日東電工的研究人員已經成功地利用紫外線膠帶轉移了直徑達10 公分的石墨烯晶片。對於較小的UV 膠帶，粘貼和剝離可以用手完成。不過，在大規模生產時，機器是非常有用的。資料來源：Nakatani 等人，《自然-電子學》，

與目前的轉印技術相比，使用紫外線膠帶進行轉印還具有許多其他優點。由於UV 膠帶可以彎曲，而且轉印過程不需要使用塑膠溶解溶劑，因此可以使用柔性塑膠作為設備的基底，從而擴大了潛在的應用範圍。

「例如，我們製作了一個塑膠裝置，利用石墨烯作為太赫茲感測器。與X 射線一樣，太赫茲輻射可以穿過光線無法穿過的物體，但不會對人體造成傷害，」阿戈教授說。”它在醫學影像或機場安檢方面大有可為。”

更重要的是，UV 磁帶可以按尺寸裁剪，因此只需傳輸準確數量的二維材料，從而最大限度地減少浪費，降低成本。不同材料的二維層還可以輕鬆地以不同的方向相互疊加，使研究人員能夠探索疊加材料的新特性。

下一步，研究人員的目標是將紫外線膠帶的尺寸擴大到製造商所需的規模。目前，可以轉移的最大石墨烯晶片直徑為10 公分。阿戈教授和他的同事們也正在努力解決膠帶上形成的褶皺和氣泡問題，這些褶皺和氣泡會造成小缺陷。

研究團隊也希望提高二維材料的穩定性，以便二維材料能更長時間地附著在紫外線膠帶上，並分發給最終用戶，例如其他科學家。

“最終使用者只需像貼兒童貼紙一樣貼上和撕下紫外線膠帶，就能將材料轉移到所需的基底上，無需任何培訓，”阿戈教授說。”這種簡單的方法可以從根本上改變研究風格，加快二維材料的商業開發。”

編譯來源：ScitechDaily