2D-Elektronik könnte nur einen Tropfen entfernt sein: WPI-MANA

Tsukuba, Japan (ots/PRNewswire) – Ein Forschungsteam am WPI-MANA hat eine überraschend einfache Methode zur Herstellung von hoch organisierten Mono- und Multilayern aus 2D-Nanoblättern entwickelt. Alles, was man dazu braucht, ist eine Pipette und eine Heizplatte.

(Bild: https://kyodonewsprwire.jp/prwfile/release/M105739/202103122207/_prw_PI1fl_64rYmXCO.jpeg)

Zweidimensionale Nanoblätter haben in letzter Zeit weltweit für viel Aufregung gesorgt. Ihre breite Palette an einzigartigen elektronischen, magnetischen, optischen und thermischen Eigenschaften könnte ihren Weg in Geräte der nächsten Generation finden. Die weitere Entwicklung von 2D-Materialien hängt jedoch davon ab, Abscheidungsprozesse zu finden, die eine präzise Schicht-für-Schicht-Kontrolle der dünnen Schichten ermöglichen und gleichzeitig Zeit, Kosten und Energie-/Probenverbrauch reduzieren.

Das Team fand heraus, dass ein einfacher Ein-Tropfen-Ansatz die „Drop Casting“-Herstellung von gekachelten Nanoblättern verbessert. Das Tropfengießen ist eine der vielseitigsten und kostengünstigsten Methoden zur Abscheidung von Nanomaterialien auf festen Oberflächen. Aber es hat schwerwiegende Nachteile, einschließlich des sogenannten Kaffeering-Effekts, ein Muster, das von Partikeln hinterlassen wird, nachdem die Flüssigkeit verdunstet ist.

Zu ihrer Überraschung fanden sie heraus, dass die kontrollierte Konvektion durch eine Pipette und eine Heizplatte eine gleichmäßige Ablagerung statt eines ringförmigen Musters bewirkt, was auf eine neue Möglichkeit für das Tropfengießen hindeutet. Der Prozess ist überraschend einfach – wenn man eine Lösung, die 2D-Nanoblätter enthält, mit einer einfachen Pipette auf ein Substrat tropft, das auf einer Heizplatte erhitzt wird, und anschließend die Lösung entfernt, verbinden sich die Nanoblätter in etwa 30 Sekunden zu einer kachelartigen Schicht.

Das Team stellte auch verschiedene funktionelle Beschichtungen wie leitende, halbleitende, isolierende, magnetische und photochrome Beschichtungen in Multilayer-, Supergitter- und Submikrometerdicken her, was das Potenzial für einen bequemen Weg zur Herstellung hochwertiger 2D-Nanoblattfilme zeigte. Wenn sich der Prozess hochskalieren lässt, könnte er die Entwicklung von Elektronik der nächsten Generation vorantreiben.

Diese Forschung wurde von Minoru Osada (NIMS Invited Researcher, Soft Chemistry Group, WPI-MANA, NIMS) und seinen Mitarbeitern durchgeführt.

"Single Droplet Assembly for Two-Dimensional Nanosheet Tiling" Yue Shi et al., ACS Nano (October 29, 2020)  https://doi.org/10.1021/acsnano.0c05434 

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