二維材料由于其獨特的物理和化學性質(zhì)，成為了材料科學和納米技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點。然而，要將這些材料應用于電子和光電子器件需要克服大面積轉(zhuǎn)移的技術(shù)難題。目前，二維材料的制備通常依賴于化學氣相沉積或機械剝離等方法，但這些方法在大面積轉(zhuǎn)移方面存在一系列的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)移方法，如基于聚合物支撐層的轉(zhuǎn)移，往往在轉(zhuǎn)移過程中引入有機殘留物，降低了材料的質(zhì)量和電學性能。此外，轉(zhuǎn)移過程可能導致二維材料的電子性質(zhì)和質(zhì)量退化，增加了制備過程的復雜性和成本。

日本九州大學全球創(chuàng)新中心Atsushi Yasui & Hiroki Ago教授團隊提出了一種利用可調(diào)控粘附力膠帶的新型轉(zhuǎn)移方法。該膠帶利用紫外光控制其粘附力，使其在轉(zhuǎn)移過程中能夠優(yōu)化粘附到二維材料表面，特別是對于單層石墨烯的轉(zhuǎn)移效果達到了超過99%的產(chǎn)率。此外，通過調(diào)整粘附層的組成和轉(zhuǎn)移程序，這種方法還能夠成功轉(zhuǎn)移其他二維材料，包括雙層石墨烯、過渡金屬二硫化物、六方氮化硼和堆疊異質(zhì)結(jié)構(gòu)。

這一創(chuàng)新的轉(zhuǎn)移方法不僅成功實現(xiàn)了對多種二維材料的大面積轉(zhuǎn)移，而且在轉(zhuǎn)移過程中保持了這些材料的高質(zhì)量和優(yōu)異的電學性能。通過研發(fā)的膠帶庫，研究者們展示了這一技術(shù)的通用性和多功能性，使得不同類型的二維材料能夠輕松地被轉(zhuǎn)移到各種基底上，包括陶瓷、紙張、塑料等。相關(guān)研究成果以“Ready-to-transfer two-dimensional materials using tunable adhesive force tapes”為題發(fā)表于《Nature Electronics》。

圖1. 紫外光膠帶輔助轉(zhuǎn)移單層石墨烯及其表征。

圖2. 與其他轉(zhuǎn)移方法的比較。

圖3. UV 膠帶輔助石墨烯轉(zhuǎn)移機制。

圖4. 其他2D材料的轉(zhuǎn)移和堆疊異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制備。

圖5. MoS2和石墨烯的切割和轉(zhuǎn)移過程。

圖6. 2D 膠帶的多功能性及其應用。

該研究在二維材料轉(zhuǎn)移領(lǐng)域提出了一種創(chuàng)新的方法，通過使用經(jīng)紫外光照射調(diào)控粘附力的功能性膠帶，成功實現(xiàn)了各類大面積二維材料的高效轉(zhuǎn)移。這一技術(shù)突破不僅解決了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)移方法中普遍存在的污染和缺陷問題，還實現(xiàn)了對轉(zhuǎn)移后材料表面的高度清潔。

通過比較與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)移方法，研究者展示了該方法在轉(zhuǎn)移單層石墨烯、雙層石墨烯、過渡金屬二硫化物和多層氮化硼等二維材料時的優(yōu)越性。更為重要的是，該方法不僅可用于制備垂直堆疊的多層二維材料結(jié)構(gòu)，而且允許對堆疊角度進行精確控制，為多樣化電子器件的設(shè)計提供了可能性。

此外，研究者還展示了該方法的廣泛適用性，不僅可以在平整基底上實現(xiàn)轉(zhuǎn)移，還可輕松應用于具有曲面、溝槽和孔洞等不同表面結(jié)構(gòu)的目標基底。該技術(shù)的可塑性使其成為各種應用領(lǐng)域的可靠選擇，例如電子器件制備、儲能設(shè)備和傳感器等。最令人振奮的是，研究者通過切割膠帶的方式，提出了一種經(jīng)濟高效的創(chuàng)新工藝，降低了對材料的需求，從而降低了生產(chǎn)成本。

審核編輯：劉清