日本名古屋大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的團隊研發(fā)了一種突破性方法，可高速大面積沉積二維（2D）材料，有望徹底改變納米片的生產(chǎn)方式。這種創(chuàng)新技術(shù)生產(chǎn)的納米片，如拼好的拼圖般均勻而密集，且質(zhì)量極高。研究結(jié)果發(fā)表在最新一期《Small》雜志上。
新技術(shù)可快速生產(chǎn)大面積沉積納米薄膜示意圖。圖片來源：長田富博士/名古屋大學(xué)
納米片僅幾個原子厚，具有出色的電子、光學(xué)、機械和化學(xué)特性，被認為將徹底改變現(xiàn)代電子和材料科學(xué)。然而，傳統(tǒng)制造納米片的方法存在重大障礙，包括難以實現(xiàn)均勻、大面積沉積以及基底轉(zhuǎn)移過程過于復(fù)雜。
此次，團隊發(fā)現(xiàn)了一個有趣的現(xiàn)象：當(dāng)納米片被浸濕時，它們會自發(fā)地排列在水面上，在短短15秒內(nèi)形成致密的薄膜。這一過程被稱為“自發(fā)擴散現(xiàn)象”，意味著可能會由此產(chǎn)生一種更有效的沉積技術(shù)。
于是團隊通過將納米片溶劑混合物滴到水面上來測試這項技術(shù)。由于乙醇比水更容易揮發(fā)，因此它會蒸發(fā)得更快，從而在表面形成濃度梯度。乙醇蒸發(fā)較多的區(qū)域表面張力高于乙醇濃度較高的區(qū)域。這種表面張力差異導(dǎo)致流體從張力較低的區(qū)域移動到張力較高的區(qū)域，從而產(chǎn)生對流。這些電流引導(dǎo)溶液中的納米片，使它們在水面上排列得更有序、更致密。
納米片自發(fā)排列并緊密堆積在一起，就像冰塊在水面上的聚集一樣。這種受控排列對于制造均勻、高質(zhì)量的納米片薄膜至關(guān)重要。納米片薄膜可輕松轉(zhuǎn)移到基底上，只需一分鐘即可完成沉積過程。
該方法不僅簡化了生產(chǎn)過程，還為生產(chǎn)100層至200層的多層厚膜打開了大門，而這在傳統(tǒng)方法中是難以實現(xiàn)的。原子力顯微鏡和共聚焦激光顯微鏡證實，新技術(shù)生產(chǎn)的納米片薄膜如同拼好的拼圖一樣高度均勻，納米片排列密集。
團隊指出，新制造的多層膜性能優(yōu)異。它們可用于透明導(dǎo)電膜、介電膜、光催化膜、防腐膜和熱屏蔽膜。除了技術(shù)優(yōu)勢之外，新方法還展現(xiàn)了很好的環(huán)境效益，有望成為一種重要的環(huán)保生態(tài)工藝。
納米片具有各種神奇的特質(zhì)，可以極大提升手機、太陽能板、電動車和醫(yī)療儀器等各種設(shè)備的性能。然而，像石墨烯那樣可以用膠帶粘下來的薄膜只是特例。生產(chǎn)大面積薄膜，同時又不犧牲其均勻的二維性質(zhì)和獨特性能，難上加難。傳統(tǒng)方法制造納米片時，均勻、大面積沉積并完整轉(zhuǎn)移，成本極高。新發(fā)現(xiàn)表明，簡單的酒精溶液，可以成為復(fù)雜的工具，從根本上解決大面積薄膜的制備問題，進而蹚出一條產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的星光大道。
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