I materiali bidimensionali (2D), spessi solo pochi atomi, stanno rivoluzionando il futuro della tecnologia, in particolare nell’industria elettronica. Tuttavia, la commercializzazione di dispositivi che contengono materiali 2D ha affrontato sfide a causa della difficoltà nel trasferire questi materiali estremamente sottili dal luogo in cui vengono prodotti al dispositivo. Ora, un team di ricerca dell’Università di Kyushu, in collaborazione con l’azienda giapponese Nitto Denko, ha sviluppato un nastro adesivo che può essere utilizzato per attaccare materiali 2D a molte diverse superfici, in modo semplice e user-friendly. I loro risultati sono stati pubblicati su Nature Electronics il 9 febbraio 2024.
Sviluppo di un nastro sensibile ai raggi UV
Il nastro sviluppato dai ricercatori cambia la sua “adesività” ai materiali 2D a causa della luce UV. Questo nastro offre un’alternativa rapida e semplice al trasferimento dei materiali 2D, riducendo i danni che possono essere causati durante il processo.
Miglioramento dell’applicazione del grafene
I ricercatori hanno iniziato concentrandosi sul grafene, un materiale resistente, flessibile e leggero, con un’elevata conducibilità termica ed elettrica. Il grafene ha potenziali applicazioni in biosensori, consegna di farmaci anti-cancro, aeronautica e dispositivi elettronici. Tuttavia, il processo di trasferimento del grafene da un substrato di rame a uno isolante come il silicio è costoso, richiede tempo e può causare difetti alla superficie del grafene o lasciare tracce del polimero protettivo.
Avanzamento dei materiali 2D con il nastro UV
Prima dell’esposizione alla luce UV, il nastro ha una forte adesione al grafene, consentendo di “attaccarsi”. Tuttavia, dopo l’esposizione ai raggi UV, il legame atomico cambia, il che diminuisce il livello di adesione al grafene di circa il 10%. Il nastro UV diventa anche leggermente più rigido e più facile da staccare. Questi cambiamenti consentono di staccare il nastro dal substrato del dispositivo lasciando dietro il grafene.
Sviluppo di nastri per trasferire altri materiali 2D
I ricercatori hanno sviluppato nastri che possono trasferire altri due materiali 2D: il grafene bianco (hBN), un isolante che può agire come strato protettivo quando si impilano materiali 2D, e i dicalcogenuri di metalli di transizione (TMD), un materiale promettente per la prossima generazione di semiconduttori.
Vantaggi del trasferimento con il nastro UV
Il trasferimento utilizzando il nastro UV offre numerosi vantaggi rispetto alle tecniche di trasferimento attuali. Poiché il nastro UV è flessibile e il processo di trasferimento non richiede l’uso di solventi per sciogliere la plastica, possono essere utilizzati plastici flessibili come substrato del dispositivo, espandendo le potenziali applicazioni. Inoltre, il nastro UV può essere tagliato su misura in modo che solo la quantità esatta di materiale 2D necessaria venga trasferita, minimizzando gli sprechi e riducendo i costi. I ricercatori possono anche sovrapporre facilmente strati 2D di materiali diversi in diverse orientazioni, consentendo di esplorare nuove proprietà emergenti dai materiali impilati.
Espansione e semplificazione dell’uso dei materiali 2D
Per i prossimi passi, i ricercatori mirano a espandere la dimensione del nastro UV alla scala necessaria per i produttori. Attualmente, il wafer di grafene più grande che può essere trasferito ha un diametro di 10 cm. Il team di ricerca spera anche di migliorare la stabilità, in modo che i materiali 2D possano essere attaccati ai nastri UV per un periodo di tempo più lungo e distribuiti agli utenti finali, come altri scienziati. “Gli utenti finali possono quindi trasferire il materiale sul loro substrato desiderato applicando e rimuovendo il nastro UV come un adesivo per bambini, senza bisogno di formazione”, afferma il professor Ago. “Un metodo così semplice potrebbe cambiare fondamentalmente lo stile della ricerca e accelerare lo sviluppo commerciale dei materiali 2D”.
