Un grupo de investigación del NIMS ha desarrollado una técnica novedosa para sintetizar películas monocapa compuestas de materiales bidimensionales cuidadosamente embaldosados, como nanohojas de óxido y grafeno, sobre las superficies del sustrato en tan solo un minuto.

Un grupo de investigación del NIMS dirigido por Takayoshi Sasaki ha desarrollado una técnica novedosa para sintetizar películas monocapa compuestas de materiales bidimensionales cuidadosamente embaldosados. como nanohojas de óxido y grafeno, sobre las superficies del sustrato en aproximadamente un minuto. La técnica puede facilitar la producción industrial de varios dispositivos basados ​​en nanohojas, ya que ofrece una alternativa más simple y rápida a la convencional. procedimientos complicados de fabricación de películas.

Los materiales bidimensionales definitivos de espesor a escala atómica o molecular, representados por nanohojas de grafeno y óxido, poseen una serie de propiedades extremadamente deseables (p. Ej., alta conductividad, altas propiedades dieléctricas y catalíticas). Por esta razón, su potencial para generar innovación tecnológica en una amplia gama de campos, incluida la electrónica, la tecnología medioambiental y energética ha sido muy esperada, convirtiéndolos en objeto de esfuerzos activos de I + D en todo el mundo. Se han producido muchos materiales bidimensionales en forma coloidal (es decir, materiales en láminas con anchos dentro del rango de micrómetros dispersos en soluciones). Para aprovechar al máximo las propiedades de estos materiales para aplicaciones de dispositivos, un primer paso importante es colocarlos de manera ordenada, como si fueran naipes, sobre las superficies de varios materiales de base. En otras palabras, Es fundamental desarrollar una técnica para eliminar los huecos y la superposición entre nanohojas dispuestas en películas monocapa. Una vez que se puede sintetizar con éxito una película monocapa, será factible sintetizar películas multicapa y películas superreticulares repitiendo el proceso de síntesis de películas monocapa. Este enfoque podría conducir potencialmente al desarrollo de dispositivos con diversas funciones. En la actualidad, El método Langmuir-Blodgett (LB) se utiliza generalmente para sintetizar monocapas compuestas de nanohojas ordenadas en mosaico. Sin embargo, este método no es práctico para la producción a escala industrial, ya que requiere una manipulación hábil y condiciones complejas. Además, la fabricación de películas usando este método normalmente toma alrededor de una hora. Debido a estos problemas, existe una fuerte demanda para el desarrollo de más simples, técnicas de fabricación de películas más rápidas y más prácticas industrialmente.

El grupo de investigación logró utilizar un sencillo procedimiento de recubrimiento por rotación para sintetizar una película monocapa compuesta de nanohojas ordenadas en mosaico en aproximadamente un minuto, mucho más rápido que el método LB. Específicamente, el grupo aplicó una pequeña cantidad de una suspensión orgánica que contenía nanohojas de óxido o grafeno sobre la superficie de un sustrato y revistió el sustrato por rotación a velocidades de rotación apropiadas. La combinación equilibrada de la fuerza centrífuga generada por el sustrato giratorio y la fuerza existente entre las nanohojas y la superficie del sustrato evita que las nanohojas se superpongan o formen huecos, resultando en la formación de películas lisas de monocapa a nivel atómico. El grupo confirmó además que la repetición de este procedimiento de recubrimiento permite que las nanoláminas se estratifiquen progresivamente en películas multicapa; por lo tanto, el espesor de la película se puede controlar en incrementos del espesor de la nanoplaca. Además, el grupo verificó que esta técnica es aplicable a materiales bidimensionales que varían en composición y estructura, y se puede utilizar para fabricar películas en las superficies de sustratos que varían en forma, tamaño y material. Por lo tanto, esta técnica de fabricación de películas puede considerarse muy versátil.

En este estudio, El grupo logró sintetizar películas compuestas de nanohojas bidimensionales cuidadosamente embaldosadas utilizando un mecanismo completamente nuevo. Desde este punto de vista, el logro es valioso y académicamente novedoso. Además, la técnica permite la fabricación rápida y sencilla de monocapas y multicapas compuestas de nanohojas cuidadosamente embaldosadas, un proceso vital en la aplicación de materiales de nanohojas. Por lo tanto, El desarrollo de la técnica puede verse como un gran avance en la puesta en práctica de la producción industrial de dispositivos basados ​​en nanohojas.

Parte de este estudio fue apoyado por la Beca MEXT para un proyecto de Investigación Científica (A) titulado "Funciones novedosas pioneras de nanohojas inorgánicas bidimensionales mediante la formación de heteroestructuras multicapa".

Este estudio fue publicado en la versión en línea de Avances de la ciencia .