名古屋大學于2024年7月16日宣布，該大學未來材料與系統研究所的研究團隊成功開發出一種氧化物、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移到基板上，能夠在大約1分鐘內完成晶圓尺寸、A4尺寸的成膜。

研究背景

為了最大限度地發揮石墨烯和無氮化硼等二維材料的優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。雖然已經考慮過采用化學氣相沉積（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，亟需開發一種簡便且短時間內實現大面積納米片膜的新工藝。

研究進展

隨著研究的開始，團隊發現并利用了一種獨特現象，即納米片在水面上像浮冰一樣自發排列，在約15秒內形成納米片致密膜。通過將基板上的納米片致密膜轉移，實現在高速大面積成膜的過程中實現納米片排列。

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估薄膜質量，可以看出納米片就像拼圖一樣密集排列

目前團隊發現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。乙醇蒸發后，納米片由于酒精濃度差產生的對流效應就能被高效地控制排列。將這種形成的納米片致密膜轉移到基板上，可以形成晶圓尺寸、A4尺寸的納米片膜。膜質量評價顯示，納米片像拼圖一樣緊密排列，質量很高。此外，通過改變容器的尺寸，可以制造大面積的納米片膜。

研究結論

研究人員認為，這項新技術適用于氧化物、氧化石墨烯、氮化硼等各種組成和結構的納米片。整個操作只需要大約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，具有很高的機械強度和柔韌性，可轉移到各種基底上進行二次轉移和器件制造

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

制成的多層膜極其穩定，可作為透明導電膜、介電膜、光催化膜、防腐膜、遮陽膜等各種功能性薄膜展現出優異功能。預計這一技術將發展成為納米片工業化薄膜制造法、納米涂層法的重要技術，以及環保生態工藝的重要技術。

粉體圈Coco編譯