Teknik til at syntetisere monolag film

En NIMS-forskergruppe har udviklet en ny teknik til at syntetisere monolagsfilm sammensat af pænt flisebelagte todimensionelle materialer, såsom oxid nanosheets og grafen, på substratoverflader på så hurtigt som et minut.

En NIMS-forskergruppe ledet af Takayoshi Sasaki har udviklet en ny teknik til at syntetisere enkeltlagsfilm sammensat af pænt flisebelagte todimensionale materialer, såsom oxid nanoplader og grafen, på substratoverflader på cirka et minut. Teknikken kan lette industriel produktion af forskellige nanoark-baserede enheder, da den tilbyder et enklere og hurtigere alternativ til de konventionelle, komplicerede filmfremstillingsprocedurer.

Ultimative todimensionelle materialer af atom- eller molekylskala tykkelse - repræsenteret af grafen og oxid nanoplader - besidder en række ekstremt ønskværdige egenskaber (f.eks. høj ledningsevne, høje dielektriske og katalytiske egenskaber). Af denne grund, deres potentiale til at skabe teknologisk innovation på en lang række områder, herunder elektronik, miljø- og energiteknologi har været meget forventet, gør dem til genstand for en aktiv F&U-indsats verden over. Mange todimensionelle materialer er blevet fremstillet i kolloid form (dvs. pladematerialer med bredder inden for mikrometerområdet fordelt i opløsninger). For at drage fuld fordel af egenskaberne af disse materialer til apparatapplikationer, et vigtigt første skridt er at placere dem på en ordnet måde – som spillekort – på overfladerne af forskellige basismaterialer. Med andre ord, det er afgørende at udvikle en teknik til at eliminere huller og overlapning mellem nanoark opstillet i monolagsfilm. Når en enkeltlagsfilm med succes kan syntetiseres, det vil være muligt at syntetisere flerlagsfilm og supergitterfilm ved at gentage monolagsfilmsynteseprocessen. Denne tilgang kan potentielt føre til udvikling af enheder med forskellige funktioner. I øjeblikket, Langmuir-Blodgett (LB) metoden bruges generelt til at syntetisere monolag sammensat af pænt flisebelagte nanoark. Imidlertid, denne metode er ikke praktisk til produktion i industriel skala, da den kræver dygtig manipulation og komplekse forhold. Ud over, fremstillingen af ​​film ved hjælp af denne metode tager normalt omkring en time. På grund af disse problemer, der er stor efterspørgsel efter udvikling af enklere, hurtigere og mere industrielt praktiske filmfremstillingsteknikker.

Det lykkedes forskningsgruppen at bruge en simpel spin-coating-procedure til at syntetisere en enkeltlagsfilm sammensat af pænt flisebelagte nanosheets på cirka et minut-meget hurtigere end LB-metoden. Specifikt, gruppen påførte en lille mængde af en organisk suspension indeholdende oxid-nanoark eller grafen på en substratoverflade og spin-coated substratet ved passende rotationshastigheder. Den afbalancerede kombination af centrifugalkraft genereret af det roterende substrat og kraften mellem nanopladerne og substratoverfladen forhindrer nanopladerne i at overlappe eller danne mellemrum, hvilket resulterer i dannelsen af ​​glatte monolagsfilm på atomniveau. Gruppen bekræftede endvidere, at gentagelse af denne belægningsprocedure gør det muligt gradvist at lagre nanosheets i flerlagsfilm; derfor, filmtykkelsen kan styres i trin af nanoarktykkelse. Ud over, gruppen verificerede, at denne teknik er anvendelig på todimensionale materialer, der varierer i sammensætning og struktur, og kan bruges til at fremstille film på overflader af underlag, der varierer i form, størrelse og materiale. Derfor, denne filmfremstillingsteknik kan betragtes som meget alsidig.

I dette studie, det lykkedes gruppen at syntetisere film sammensat af pænt belagte todimensionelle nanoark ved hjælp af en helt ny mekanisme. Fra dette synspunkt, præstationen er værdifuld og akademisk ny. Ud over, Teknikken muliggør hurtig og nem fremstilling af monolag og multilag sammensat af pænt flisebelagte nanoark - en vital proces i påføringen af ​​nanoarkmaterialer. Derfor, udviklingen af ​​teknikken kan ses som et gennembrud i at omsætte industriel produktion af nanoarkbaserede enheder i praksis.

En del af denne undersøgelse blev støttet af MEXT Grant-in-Aid for et videnskabeligt forskningsprojekt (A) med titlen "Pionering af nye funktioner af todimensionelle uorganiske nanoark ved at danne flerlags heterostrukturer."

Denne undersøgelse blev offentliggjort i online-versionen af Videnskabens fremskridt .