Robot udviklet til automatisk samling af designer nanomaterialer

Van der Waals heterostrukturer er samlinger af atom tynde todimensionale (2-D) krystallinske materialer, der viser attraktive ledningsegenskaber til brug i avancerede elektroniske enheder.

En repræsentativ 2-D halvleder er grafen, som består af et bikagegitter af kulstofatomer, der kun er et atom tykt. Udviklingen af ​​van der Waals heterostrukturer er blevet begrænset af de komplicerede og tidskrævende manuelle operationer, der kræves for at producere dem. Det er, 2-D-krystaller, der typisk opnås ved eksfoliering af et massemateriale, skal identificeres manuelt, indsamlet, og derefter stablet af en forsker for at danne en van der Waals heterostruktur. En sådan manuel proces er klart uegnet til industriel produktion af elektroniske enheder, der indeholder van der Waals heterostrukturer

Nu, et japansk forskerhold ledet af Institute of Industrial Science ved University of Tokyo har løst dette problem ved at udvikle en automatiseret robot, der i høj grad fremskynder indsamlingen af ​​2-D krystaller og deres samling til dannelse af van der Waals heterostrukturer. Robotten består af et automatiseret højhastighedsoptisk mikroskop, der detekterer krystaller, hvis positioner og parametre derefter registreres i en computerdatabase. Tilpasset software bruges til at designe heterostrukturer ved hjælp af oplysningerne i databasen. Heterostrukturen samles derefter lag for lag af et robotudstyr styret af den designede computeralgoritme. Resultaterne blev rapporteret i Naturkommunikation .

"Robotten kan finde, indsamle, og saml 2-D krystaller i en handskerum, "Undersøg første forfatter Satoru Masubuchi." Det kan registrere 400 grafenflager i timen, hvilket er meget hurtigere end den hastighed, der opnås ved manuelle betjeninger. "

Da robotten blev brugt til at samle grafenflager i van der Waals heterostrukturer, det kunne stakke op til fire lag i timen med kun et par minutters menneskelig input, der kræves for hvert lag. Robotten blev brugt til at producere en van der Waals heterostruktur bestående af 29 skiftevis lag af grafen og sekskantet bornitrid (en anden almindelig 2-D halvleder). Rekordlagnummeret for en van der Waals heterostruktur produceret ved manuelle operationer er 13, så robotten har i høj grad øget vores evne til at få adgang til komplekse van der Waals heterostrukturer.

"En lang række materialer kan indsamles og samles ved hjælp af vores robot, "forklarer medforfatter Tomoki Machida." Dette system giver potentiale til fuldt ud at undersøge van der Waals heterostrukturer. "

Udviklingen af ​​denne robot vil i høj grad lette produktionen af ​​van der Waals heterostrukturer og deres anvendelse i elektroniske enheder, tager os et skridt tættere på at realisere enheder, der indeholder designmaterialer på atomniveau.