Los materiales de apenas átomos de espesor, conocidos como materiales bidimensionales (2D), están llamados a revolucionar la tecnología del futuro, incluida la industria electrónica. Sin embargo, la comercialización de dispositivos que contienen materiales 2D ha enfrentado desafíos debido a la dificultad de transferir estos materiales extremadamente delgados desde donde se fabrican al dispositivo.
Ahora, un equipo de investigación de la Universidad de Kyushu, en colaboración con la empresa japonesa Nitto Denko, ha desarrollado una cinta que se puede utilizar para pegar materiales 2D a muchas superficies diferentes, de una manera sencilla y fácil de usar. Los hallazgos fueron publicados en Nature Electronics. el 9 de febrero de 2024.
"La transferencia de materiales 2D suele ser un proceso muy técnico y complejo; el material puede romperse o contaminarse fácilmente, lo que degrada significativamente sus propiedades únicas", dice el autor principal, el profesor Hiroki Ago del Centro de Innovación Global de la Universidad de Kyushu. "Nuestra cinta ofrece una alternativa rápida y sencilla, y reduce los daños."
Los investigadores comenzaron centrándose en el grafeno. Elaborado a partir de una fina lámina de átomos de carbono, el grafeno es resistente, flexible y ligero, con una alta conductividad térmica y eléctrica. Apodado un "material maravilloso" tras su descubrimiento, tiene aplicaciones potenciales en biodetección, administración de fármacos contra el cáncer, aeronáutica y dispositivos electrónicos.
"Uno de los principales métodos para producir grafeno es mediante deposición química de vapor, donde el grafeno se cultiva sobre una película de cobre. Pero para funcionar correctamente, el grafeno debe separarse del cobre y transferirse a un sustrato aislante, como el silicio", explica el profesor Ago. .
"Para hacer esto, se coloca un polímero protector sobre el grafeno y luego se elimina el cobre usando una solución de grabado, como un ácido. Una vez unida al nuevo sustrato, la capa de polímero protector se disuelve con un solvente. Este proceso es costoso , requiere mucho tiempo y puede causar defectos en la superficie del grafeno o dejar rastros del polímero".
Por lo tanto, el profesor Ago y sus colegas se propusieron proporcionar una forma alternativa de transferir grafeno. Utilizaron IA para desarrollar una cinta de polímero especializada, denominada "cinta UV", que cambia su atracción por el grafeno cuando se irradia con luz ultravioleta.
Antes de la exposición a la luz ultravioleta, la cinta tiene una fuerte adhesión al grafeno, lo que le permite "pegarse". Pero después de la exposición a los rayos UV, los enlaces de los átomos cambian, lo que disminuye el nivel de adhesión al grafeno en aproximadamente un 10%. La cinta UV también se vuelve ligeramente más rígida y más fácil de despegar. En conjunto, estos cambios permiten que la cinta se despegue del sustrato del dispositivo dejando atrás el grafeno.
Los investigadores también desarrollaron cintas que pueden transferir otros dos materiales 2D:el grafeno blanco (hBN), un aislante que puede actuar como capa protectora al apilar materiales 2D, y los dicalcogenuros de metales de transición (TMD), un material prometedor para la próxima generación de semiconductores. .
Es importante destacar que cuando los investigadores observaron de cerca la superficie de los materiales 2D después de la transferencia, vieron una superficie más lisa con menos defectos que cuando se transfirieron utilizando la técnica convencional actual. Al probar las propiedades de los materiales, también descubrieron que eran más eficientes.
La transferencia con cinta UV también ofrece muchas otras ventajas sobre las técnicas de transferencia actuales. Debido a que la cinta UV es flexible y el proceso de transferencia no requiere el uso de solventes para disolver plástico, se pueden usar plásticos flexibles como sustrato del dispositivo, lo que amplía las aplicaciones potenciales.
"Por ejemplo, hemos creado un dispositivo de plástico que utiliza grafeno como sensor de terahercios. Al igual que los rayos X, la radiación de terahercios puede atravesar objetos que la luz no puede atravesar, pero no daña el cuerpo", afirma el profesor Ago. "Es muy prometedor para la obtención de imágenes médicas o la seguridad de los aeropuertos."
Es más, la cinta UV se puede cortar a medida para que solo se transfiera la cantidad exacta de material 2D necesario, minimizando el desperdicio y reduciendo los costos. También se pueden colocar fácilmente capas 2D de diferentes materiales una encima de otra en diferentes orientaciones, lo que permite a los investigadores explorar nuevas propiedades emergentes de los materiales apilados.
Para sus próximos pasos, los investigadores pretenden ampliar el tamaño de la cinta UV a la escala necesaria para los fabricantes. Actualmente, la oblea de grafeno más grande que se puede transferir tiene 10 cm de diámetro. El profesor Ago y sus colegas también están intentando resolver el problema de las arrugas y burbujas que se forman en la cinta y provocan pequeños defectos.
El equipo de investigación también espera mejorar la estabilidad, de modo que los materiales 2D puedan fijarse a cintas UV durante un período de tiempo más largo y distribuirse a los usuarios finales, como otros científicos.
"Los usuarios finales pueden transferir el material al sustrato deseado aplicando y retirando la cinta UV como si fuera una pegatina para niños, sin necesidad de formación", afirma el profesor Ago. "Un método tan sencillo podría cambiar fundamentalmente el estilo de investigación y acelerar el desarrollo comercial de materiales 2D."
Más información: Materiales bidimensionales listos para transferir mediante cintas adhesivas de fuerza sintonizables, Nature Electronics (2024). DOI:10.1038/s41928-024-01121-3
Información de la revista: Electrónica de la naturaleza
Proporcionado por la Universidad de Kyushu
