Materiais com apenas átomos de espessura, conhecidos como materiais bidimensionais (2D), revolucionarão as tecnologias futuras, incluindo a indústria eletrônica. No entanto, a comercialização de dispositivos contendo materiais 2D tem sido desafiada pela dificuldade de transferir estes materiais extremamente finos do local de fabricação para o dispositivo. Os pesquisadores criaram fitas sensíveis aos raios UV que permitem transferências mais fáceis, baratas e menos prejudiciais de materiais bidimensionais como o grafeno.
Agora, uma equipe de pesquisa da Universidade de Kyushu, em colaboração com o japonês Nitto Denko, desenvolveu uma fita que pode ser usada para colar materiais 2D em muitas superfícies diferentes e é simples e fácil de usar. Os resultados da pesquisa foram publicados na revista "Nature Electronics" em 9 de fevereiro de 2024.
"A transferência de materiais 2D é geralmente um processo muito técnico e complexo; os materiais podem facilmente rasgar-se ou ficar contaminados, reduzindo significativamente as suas propriedades únicas", disse o autor principal, Professor Hiroki Ago, do Centro de Inovação Global da Universidade de Kyushu. "Nossa fita oferece uma alternativa rápida e fácil e reduz danos."
Os pesquisadores primeiro se concentraram no grafeno. O grafeno é feito de finas folhas de átomos de carbono e é resistente, flexível, leve e possui alta condutividade térmica e elétrica. O grafeno tem sido aclamado como um “material milagroso” desde a sua descoberta e pode ser usado em áreas como biossensor, distribuição de medicamentos anticâncer, aviação e equipamentos eletrônicos.
"Um dos principais métodos de produção de grafeno é a deposição química de vapor, que envolve o cultivo de grafeno em uma película de cobre. Mas para funcionar corretamente, o grafeno deve ser separado do cobre e transferido para um substrato isolante como o silício", explicou o professor Ago. "Para fazer isso, o grafeno precisa ser coberto com um polímero protetor e, em seguida, uma solução de ataque ácido é usada para remover o cobre. Uma vez fixado ao novo substrato, um solvente é usado para dissolver a camada protetora do polímero. Este processo é caro, demorado e pode causar defeitos na superfície do grafeno ou deixar vestígios do polímero. "
O professor Argo e seus colegas pretendiam, portanto, fornecer um método alternativo de transferência de grafeno. Eles usaram tecnologia de inteligência artificial para desenvolver uma fita de polímero especial chamada “fita UV”, que muda sua atração pelo grafeno quando exposta à luz ultravioleta.
Antes da irradiação UV, a fita tem forte adesão ao grafeno e pode “grudá-lo”. Porém, após a irradiação ultravioleta, as ligações atômicas mudaram e a adesão ao grafeno diminuiu cerca de 10%. A fita UV também se torna um pouco mais dura e fácil de remover. Juntas, essas mudanças permitem que a fita seja removida do substrato do dispositivo, deixando o grafeno para trás.
Os pesquisadores também desenvolveram fitas que podem transferir dois outros materiais bidimensionais: grafeno branco (hBN), um isolante que pode atuar como uma camada protetora quando materiais bidimensionais são empilhados, e dichalcogenetos de metais de transição (TMDs), ideais para semicondutores de próxima geração.
É importante ressaltar que quando os pesquisadores observaram atentamente a superfície após a transferência do material 2D, descobriram que a superfície do material 2D era mais lisa e tinha menos defeitos do que quando é atualmente transferida usando técnicas tradicionais. Ao testar as propriedades desses materiais, eles também descobriram que eram mais eficientes.
O uso de fita UV para transferências oferece muitas outras vantagens em relação às tecnologias de transferência atuais. Como as fitas UV podem dobrar e o processo de transferência não requer o uso de solventes para dissolução de plástico, plásticos flexíveis podem ser usados como substrato para o dispositivo, ampliando a gama de aplicações potenciais.
“Por exemplo, fizemos um dispositivo de plástico que usa grafeno como sensor de terahertz. Assim como os raios X, a radiação terahertz pode passar através de objetos pelos quais a luz não consegue passar, mas não causará danos ao corpo humano”, disse o professor Ago. "Tem grande potencial em imagens médicas ou segurança aeroportuária."
Além disso, a fita UV pode ser cortada no tamanho certo, portanto, apenas a quantidade exata de material 2D precisa ser transferida, minimizando desperdícios e reduzindo custos. Camadas bidimensionais de diferentes materiais também podem ser facilmente empilhadas umas sobre as outras em diferentes orientações, permitindo aos pesquisadores explorar novas propriedades de materiais sobrepostos.
Em seguida, os pesquisadores pretendem aumentar a escala da fita UV até a escala exigida pelos fabricantes. Atualmente, o maior wafer de grafeno que pode ser transferido tem 10 centímetros de diâmetro. O professor Argo e seus colegas também estão trabalhando para solucionar o problema da formação de rugas e bolhas na fita, que podem causar pequenos defeitos.
A equipe também espera melhorar a estabilidade do material 2D para que ele possa ser fixado à fita UV por mais tempo e distribuído aos usuários finais, como outros cientistas.
“O usuário final simplesmente aplica e remove a fita UV como um adesivo infantil e transfere o material para o substrato desejado sem qualquer treinamento”, disse o professor Ago. "Esta abordagem fácil poderia mudar fundamentalmente o estilo de pesquisa e acelerar o desenvolvimento comercial de materiais 2D."
Fonte compilada: ScitechDaily