名古屋大學(xué)于2024年7月16日宣布，該大學(xué)未來材料與系統(tǒng)研究所的研究團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)出一種氧化物、氧化石墨烯、氮化硼等二維材料（納米片）的高速大面積成膜法——通過將墨水滴到水面上并轉(zhuǎn)移到基板上，能夠在大約1分鐘內(nèi)完成晶圓尺寸、A4尺寸的成膜。

研究背景

為了最大限度地發(fā)揮石墨烯和無氮化硼等二維材料的優(yōu)異功能并將其制成器件，重要的是要在各種基板表面上將納米片密集排列并制成薄膜。雖然已經(jīng)考慮過采用化學(xué)氣相沉積（CVD）法、朗繆爾-布羅杰特（LB）法等薄膜制造方法，但由于存在許多問題，亟需開發(fā)一種簡便且短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)大面積納米片膜的新工藝。

研究進(jìn)展

隨著研究的開始，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)并利用了一種獨(dú)特現(xiàn)象，即納米片在水面上像浮冰一樣自發(fā)排列，在約15秒內(nèi)形成納米片致密膜。通過將基板上的納米片致密膜轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)在高速大面積成膜的過程中實(shí)現(xiàn)納米片排列。

工藝示意圖

(a)使用蒸煮容器沉積納米片薄膜；(b) 沉積前的PET基底和(c)氧化石墨烯納米片薄膜；(d) 用激光共聚焦顯微鏡評(píng)估薄膜質(zhì)量，可以看出納米片就像拼圖一樣密集排列

目前團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)最適合的墨水是納米片的膠體水溶液（濃度：0.36wt.%）和乙醇按1:1的比例混合的溶液。乙醇蒸發(fā)后，納米片由于酒精濃度差產(chǎn)生的對(duì)流效應(yīng)就能被高效地控制排列。將這種形成的納米片致密膜轉(zhuǎn)移到基板上，可以形成晶圓尺寸、A4尺寸的納米片膜。膜質(zhì)量評(píng)價(jià)顯示，納米片像拼圖一樣緊密排列，質(zhì)量很高。此外，通過改變?nèi)萜鞯某叽纾梢灾圃齑竺娣e的納米片膜。

研究結(jié)論

研究人員認(rèn)為，這項(xiàng)新技術(shù)適用于氧化物、氧化石墨烯、氮化硼等各種組成和結(jié)構(gòu)的納米片。整個(gè)操作只需要大約1分鐘就可制成納米片單層膜（膜厚1～2nm），重復(fù)這一成膜操作，可以制成疊層多層膜。

二氧化鈦納米片薄膜，具有很高的機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性，可轉(zhuǎn)移到各種基底上進(jìn)行二次轉(zhuǎn)移和器件制造

(a) 100 層堆疊獨(dú)立薄膜的照片；(b) 左側(cè)的SEM圖像；(c) 500 層疊層獨(dú)立薄膜的照片；(d) 轉(zhuǎn)印到多孔氧化鋁基底上的 500 層疊層獨(dú)立薄膜

制成的多層膜極其穩(wěn)定，可作為透明導(dǎo)電膜、介電膜、光催化膜、防腐膜、遮陽膜等各種功能性薄膜展現(xiàn)出優(yōu)異功能。預(yù)計(jì)這一技術(shù)將發(fā)展成為納米片工業(yè)化薄膜制造法、納米涂層法的重要技術(shù)，以及環(huán)保生態(tài)工藝的重要技術(shù)。

粉體圈Coco編譯