名古屋大学于2024年7月16日宣布，该大学未来材料与系统研究所的研究团队成功开发出一种氧化物、氧化石墨烯、氮化硼等二维材料（纳米片）的高速大面积成膜法——通过将墨水滴到水面上并转移到基板上，能够在大约1分钟内完成晶圆尺寸、A4尺寸的成膜。

研究背景

为了最大限度地发挥石墨烯和无氮化硼等二维材料的优异功能并将其制成器件，重要的是要在各种基板表面上将纳米片密集排列并制成薄膜。虽然已经考虑过采用化学气相沉积（CVD）法、朗缪尔-布罗杰特（LB）法等薄膜制造方法，但由于存在许多问题，亟需开发一种简便且短时间内实现大面积纳米片膜的新工艺。

研究进展

随着研究的开始，团队发现并利用了一种独特现象，即纳米片在水面上像浮冰一样自发排列，在约15秒内形成纳米片致密膜。通过将基板上的纳米片致密膜转移，实现在高速大面积成膜的过程中实现纳米片排列。

工艺示意图

(a)使用蒸煮容器沉积纳米片薄膜；(b) 沉积前的PET基底和(c)氧化石墨烯纳米片薄膜；(d) 用激光共聚焦显微镜评估薄膜质量，可以看出纳米片就像拼图一样密集排列

目前团队发现最适合的墨水是纳米片的胶体水溶液（浓度：0.36wt.%）和乙醇按1:1的比例混合的溶液。乙醇蒸发后，纳米片由于酒精浓度差产生的对流效应就能被高效地控制排列。将这种形成的纳米片致密膜转移到基板上，可以形成晶圆尺寸、A4尺寸的纳米片膜。膜质量评价显示，纳米片像拼图一样紧密排列，质量很高。此外，通过改变容器的尺寸，可以制造大面积的纳米片膜。

研究结论

研究人员认为，这项新技术适用于氧化物、氧化石墨烯、氮化硼等各种组成和结构的纳米片。整个操作只需要大约1分钟就可制成纳米片单层膜（膜厚1～2nm），重复这一成膜操作，可以制成叠层多层膜。

二氧化钛纳米片薄膜，具有很高的机械强度和柔韧性，可转移到各种基底上进行二次转移和器件制造

(a) 100 层堆叠独立薄膜的照片；(b) 左侧的SEM图像；(c) 500 层叠层独立薄膜的照片；(d) 转印到多孔氧化铝基底上的 500 层叠层独立薄膜

制成的多层膜极其稳定，可作为透明导电膜、介电膜、光催化膜、防腐膜、遮阳膜等各种功能性薄膜展现出优异功能。预计这一技术将发展成为纳米片工业化薄膜制造法、纳米涂层法的重要技术，以及环保生态工艺的重要技术。

粉体圈Coco编译

来源：360powder.com

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