研究人员开发了一种创新技术，用于快速有效地在大面积上沉积二维（2D）材料。这一偶然的发现可能会改变当前和未来电子应用中至关重要的纳米薄片的制造。
来自日本的一个研究团队，由名古屋大学可持续性材料与系统研究所（IMaSS）的 Minoru Osada 教授领导，在快速、大规模沉积各种2D材料（如氧化物、氧化石墨烯和氮化硼）方面取得了重大突破。这种名为“自发集成转移方法”的新方法意外出现，具有显著提升纳米薄片制造的潜力。他们的研究结果发表在《Small》杂志上。
纳米薄片非常薄，仅由几层原子组成，并且相对于其体积具有较高的表面积，这使得其具有卓越的电子、光学、机械和化学特性。这些特性表明，纳米薄片可能会在电子学和材料科学领域引发突破。
之前，像化学气相沉积（CVD）和朗缪尔-布洛杰特（LB）方法是常用的纳米薄片生产技术。然而，这些技术面临着重大的局限性，例如难以在大面积上实现均匀沉积以及基板转移的问题。
在寻找更有效的沉积方法时，Osada的团队偶然发现一个惊人的现象：当纳米薄片被引入水中时，它们会自然地在水面上对齐，形成紧凑的薄膜，仅需15秒。这一现象被称为“自发扩散现象”，暗示了一种更加高效的沉积方法。
为了测试这一技术，研究人员将含有纳米薄片的混合物放置在水面上。由于乙醇蒸发的速度快于水，因此产生了浓度梯度。蒸发速度更快的乙醇区域表面张力大于乙醇含量较多的区域。这一差异导致流体从低张力区域向高张力区域运动，形成对流电流，指引溶液中的纳米薄片组织成一个井然有序、致密的层。
“纳米薄片轻松对齐并紧密堆积，就像冰浮在水面上聚集在一起一样，”Osada解释道。“这种有序的排列对于实现均匀和高质量的纳米薄片薄膜至关重要。我们可以在大约一分钟内将完成的纳米薄片薄膜轻松转移到基板上。”
这一技术不仅简化了生产过程，还允许制造含有100到200层的多层薄膜，这是传统的方法如CVD和LB难以实现的。通过原子力显微镜和共聚焦激光显微镜，团队确认所制备的纳米薄片高度均匀，如拼图中的拼块排列。
研究人员对这一方法的多功能性印象深刻，成功将其应用于各种类型和结构的纳米薄片，从而能够在不同形状和材料的基板上创建大面积薄膜。“使用这种技术制造的多层薄膜作为功能薄膜表现出优异的特性，使其适合用于透明导电薄膜、介电薄膜、光催化薄膜、防腐薄膜和热屏蔽薄膜等应用，”Osada表示。
除了技术进步之外，Osada还强调了这一方法的环境效益：“预计这一技术将成为重要的环保工艺，因为它能够在室温下使用水溶液促进多种基板上的薄膜生产，而无需使用真空基础的薄膜形成设备或传统薄膜技术中常见的昂贵工具。”
