科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然
日本名古屋大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)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。
納米片僅幾個(gè)原子厚，具有出色的電子、光學(xué)、機(jī)械和化學(xué)特性，被認(rèn)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(shí)現(xiàn)均勻、大面積沉積以及基底轉(zhuǎn)移過(guò)程過(guò)于復(fù)雜。
此次，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有趣的現(xiàn)象：當(dāng)納米片被浸濕時(shí)，它們會(huì)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(guò)程被稱(chēng)為“自發(fā)擴(kuò)散現(xiàn)象”，意味著可能會(huì)由此產(chǎn)生一種更有效的沉積技術(shù)。
于是團(tuán)隊(duì)通過(guò)將納米片溶劑混合物滴到水面上來(lái)測(cè)試這項(xiàng)技術(shù)。由于乙醇比水更容易揮發(fā)，因此它會(huì)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(dòng)到張力較高的區(qū)域，從而產(chǎn)生對(duì)流。這些電流引導(dǎo)溶液中的納米片，使它們?cè)谒嫔吓帕械酶行颉⒏旅堋?/p>
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(duì)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(guò)程。
該方法不僅簡(jiǎn)化了生產(chǎn)過(guò)程，還為生產(chǎn)100層至200層的多層厚膜打開(kāi)了大門(mén)，而這在傳統(tǒng)方法中是難以實(shí)現(xiàn)的。原子力顯微鏡和共聚焦激光顯微鏡證實(shí)，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(tuán)隊(duì)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(shì)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。
總編輯圈點(diǎn)
納米片具有各種神奇的特質(zhì)，可以極大提升手機(jī)、太陽(yáng)能板、電動(dòng)車(chē)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(lái)的薄膜只是特例。生產(chǎn)大面積薄膜，同時(shí)又不犧牲其均勻的二維性質(zhì)和獨(dú)特性能，難上加難。傳統(tǒng)方法制造納米片時(shí)，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(jiǎn)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(wèn)題，進(jìn)而蹚出一條產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的星光大道。
