新方法：將完整的二維電路轉移至任何光滑表面！

導讀

近日，萊斯大學的科研團隊研究出一種新方法，當二維材料被轉移到曲面或者其他光滑表面時，保持材料以及包括電極在內的相關電路完好無損。他們用這種方法製作出「原子平面」感測器，無縫地集成到設備中，報告它們察覺的狀況。

背景

2004年，英國曼徹斯特大學的兩位科學家安德烈·蓋姆（Andre Geim）和康斯坦丁·諾沃消洛夫（Konstantin Novoselov）用一種很簡單的方法從石墨薄片中剝離出了石墨烯，為此他們二人也榮獲2010年諾貝爾物理學獎。

（圖片來源：Tatiana Shepeleva/Shutterstock）

從那時起，以石墨烯為代表的、具有電子活性的二維材料，一直是許多科學研究的主題。由於二維材料的輕薄、柔性、靈敏，很適合作為感測器使用。儘管這些二維材料時常被吹噓為「強度高」，然而在不被「破壞」的情況下，將這些材料轉移到需要它們的地方，難度非常高。

創新

近日，萊斯大學的材料科學家 Pulickel Ajayan 與 Jun Lou 的科研小組與工程師 Jacob Robinson 一同研究出一種新方法，當二維材料被轉移到曲面或者其他光滑表面時，保持材料以及包括電極在內的相關電路完好無損。他們的研究成果發表在美國化學會期刊《ACS Nano》上。

（圖片來源：Zehua Jin / 萊斯大學）

在 Ajayan 與 Lou 的領導下，萊斯大學的工程師們開發出的這種方法，可以用於製作「原子平面」感測器，而這種感測器能夠無縫地集成到設備中，報告它們察覺的狀況。

技術

萊斯大學的團隊通過製造一個具有金電極、厚度為10納米的硒化銦光電探測器，並將其放置在光纖上，測試了這一想法。因為如此接近，這種近場感測器能與消逝波（一種沿著光纖表面傳播的振蕩電磁波）產生有效的耦合，並精準地探測內部的信息流。

（圖片來源：Zehua Jin / 萊斯大學）

這些感測器的優點是：它們現在可以嵌入到光纖中，監測其性能，而不會增加重量或者阻礙信號流。

Lou 表示：「這篇論文提出了在真實世界中應用二維器件的幾個有意思的可能性。例如，海底光纖長達幾千英里，如果出現問題，很難知道發生在哪裡。如果在不同位置部署這些感測器，你就可以檢測出光纖的損傷。」

Lou 表示，實驗室擅長將一個又一個的二維材料從一個表面轉移到另外一個表面，但是添加電極與其他元器件會使這個過程變得複雜。他說：「拿晶體管來說，它具有源極、漏極和柵極，頂部還有一個電介質（絕緣體），所有這些都必須完好無損地轉移。這是一個非常大的挑戰，因為所有這些材料都不相同。」

未經加工的二維材料，通常伴隨著位於頂層的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）一起移動，PMMA 被更普遍地稱為樹脂玻璃。而萊斯大學的研究人員們利用了這項技術。不過，他們需要一個「健壯」的底層，它不僅可以保持電路在移動期間完好無損，而且可以在設備粘貼到目標上之後移除。（當電路到達目的地之後，PMMA 也會被移除。 ）

理想的解決方案是「聚二甲基戊二醯亞胺（PMGI）」，它可以用作器件製造平台，並在轉移到目標之前輕鬆地蝕刻掉。Lou 表示：「我們已經花費相當長的時間開發犧牲層。」隨著研究人員們成功地實驗了二硒化鉬以及其他材料之後，PMGI 似乎變得適用於每一種二維材料。

價值

萊斯實驗室目前僅僅開發出了被動感測器，但是研究人員們相信，他們的技術將可以製造出主動感測器，或者用於電信、生物感知、表面等離子體光子學以及其他應用的器件。

關鍵字

感測器、光纖、二維材料

參考資料

【1】https://news.rice.edu/2018/12/06/form-fitting-nanoscale-sensors-now-make-sense/

【2】http://dx.doi.org/10.1021/acsnano.8b07159

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