日本名古屋大學的研發團隊成功開發出氧化石墨烯等2D物質的高速大面積成膜法(自發積體轉印法),只要在水面滴下油墨與轉印基板即可,晶圓尺寸、A4尺寸的成膜只需1分鐘左右即可完成。
為將石墨烯等2D物質(奈米片)的性能提升至最佳,元件化時在各種基板表面緊密排列奈米片以製成薄膜尤為重要。薄膜的製作手法包括化學氣相沉積法(CVD)、Langmuir-Blodgett成膜法等,但目前仍有許多課題待解決,因此為了實現簡便且短時間內可大面積成膜的技術,新製程的開發有其需求。
名古屋大學發現了一種奈米片會在水面如流冰般自發性排列,約15秒左右形成奈米片緻密膜之「自發積體現象」的獨特狀態,並加以應用。使用的油墨以濃度0.36 wt.%的奈米片膠體水溶液與乙醇1:1混合而成,乙醇蒸發時因酒精濃度差異產生奈米片的對流,故可有效率地對奈米薄膜進行排列控制。成膜只需要在水面滴下油墨與基板轉印,1分鐘左右即可完成。
研究人員在裝了純水的燒杯中滴下幾滴奈米片油墨,奈米片即從容器外側開始自動排列,進而形成奈米薄膜。利用撈金魚的撈紙或造紙的抄紙手法,將奈米薄膜轉印到基板上,即可製作出晶圓尺寸或A4尺寸的奈米薄膜。經過膜質評估可知,奈米片如同拼圖般緻密地排列,成功實現了高品質且大面積之奈米片成膜技術。
新技術可適用於氧化物、氧化石墨烯、氮化硼等各種組成或構造的奈米片,且只須改變容器尺寸,即可製作大面積的奈米薄膜。前述的操作手法可在1分鐘左右製作出厚度1~2 nm的單層膜,而反覆同樣動作層層疊疊後可製作出多層膜,且做為透明導電膜、介電質膜、光觸媒膜等各種機能性薄膜,發揮優異機能性。製作出的奈米多層薄膜相當穩定,且將多層膜浸漬在NaCl水溶液中,即可從基板剝離,製作出奈米片自立膜。