Pesquisadores da Universidade de Kyushu e da Nitto Denko desenvolveram fitas que alteram sua “aderência” a materiais 2D devido à luz ultravioleta. Crédito: Ago Lab, Universidade Kyushu
Pesquisadores criam fita sensível a UV que pode transferir materiais 2D como grafeno de uma forma mais fácil, barata e menos prejudicial.
Materiais com apenas átomos de espessura, conhecidos como materiais bidimensionais (2D), estão destinados a revolucionar a tecnologia futura, inclusive na indústria eletrônica. Porém, a comercialização de dispositivos que contêm materiais 2D tem enfrentado desafios devido à dificuldade de transferência desses materiais extremamente finos de onde são feitos para o dispositivo.
Avanço na transferência de materiais 2D
Agora, uma equipa de investigação da Universidade de Kyushu, em colaboração com a empresa japonesa Nitto Denko, desenvolveu uma fita que pode ser usada para colar materiais 2D em muitas superfícies diferentes, de uma forma fácil e fácil de usar. Suas descobertas foram publicadas em Eletrônica da Natureza em 9 de fevereiro de 2024.
“A transferência de materiais 2D é normalmente um processo muito técnico e complexo; o material pode rasgar-se facilmente ou ser contaminado, o que degrada significativamente as suas propriedades únicas”, afirma o autor principal, Professor Hiroki Ago, do Centro de Inovação Global da Universidade de Kyushu. “Nossa fita oferece uma alternativa rápida e simples e reduz danos.”
Pesquisadores da Universidade de Kyushu mostraram que o uso de fita UV para transferir grafeno em vez de polímero manteve melhor a integridade do material e reduziu os defeitos. Crédito: Ago Lab, Universidade Kyushu
Aprimorando a aplicação do grafeno
Os pesquisadores começaram focando no grafeno. Feito de uma fina folha de átomos de carbono, o grafeno é resistente, flexível e leve, com alta condutividade térmica e elétrica. Apelidado de “material maravilhoso” após a descoberta, ele tem aplicações potenciais em biossensorização, distribuição de medicamentos anticâncer, aeronáutica e dispositivos eletrônicos.
“Um dos principais métodos de produção de grafeno é através da deposição química de vapor, onde o grafeno é cultivado em filme de cobre. Mas para funcionar corretamente, o grafeno deve ser separado do cobre e transferido para um substrato isolante, como o silício”, explica o professor Ago. “Para isso, um polímero protetor é colocado sobre o grafeno e o cobre é então removido com solução de ataque químico, como ácido. Uma vez fixada ao novo substrato, a camada protetora de polímero é então dissolvida com um solvente. Este processo é caro, demorado e pode causar defeitos na superfície do grafeno ou deixar vestígios do polímero.”
O professor Ago e seus colegas pretendiam, portanto, fornecer uma forma alternativa de transferência de grafeno. Eles usaram IA para desenvolver uma fita de polímero especializada, apelidada de “fita UV”, que muda sua atração pelo grafeno quando irradiada com luz UV.
A fita UV recém-projetada é capaz de transferir materiais 2D, incluindo grafeno e dichalcogenetos de metais de transição, para uma variedade de substratos diferentes, incluindo silício, cerâmica, vidro e plástico. Crédito: Ago Lab, Universidade Kyushu
Avançando materiais 2D com fita UV
Antes da exposição à luz UV, a fita tem uma forte adesão ao grafeno, permitindo que ele “grude”. No entanto, após a exposição aos raios UV, o átomo mudanças de ligação, o que diminui o nível de adesão ao grafeno em cerca de 10%. A fita UV também fica um pouco mais rígida e mais 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 2D: grafeno branco (hBN), um isolante que pode atuar como uma camada protetora ao empilhar materiais 2D, e dichalcogenetos de metais de transição (TMDs), um material promissor para a próxima geração de semicondutores.
É importante ressaltar que quando os pesquisadores observaram atentamente a superfície dos materiais 2D após a transferência, observaram uma superfície mais lisa e com menos defeitos do que quando transferidos usando a técnica convencional atual. Ao testar as propriedades dos materiais, eles também descobriram que eram mais eficientes.
Pesquisadores da Universidade de Kyushu e da Nitto Denko conseguiram até agora transferir wafers de grafeno de até 10 cm de diâmetro usando fita UV. Com pedaços menores de fita UV, a colagem e o descascamento podem ser feitos manualmente. No entanto, as máquinas são úteis na expansão para produção em massa. Crédito: Nakatani et al. Eletrônica da Natureza, https://doi.org/10.1038/s41928-024-01121-3
A transferência usando fita UV também oferece inúmeras outras vantagens em relação às técnicas de transferência atuais. Como a fita UV é flexível e o processo de transferência não requer o uso de solventes para dissolução de plástico, plásticos flexíveis podem ser usados como substrato do dispositivo, expandindo 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 que a luz não consegue, mas não causa danos ao corpo”, diz o professor Ago. “É muito promissor para imagens médicas ou segurança aeroportuária.”
Além disso, a fita UV pode ser cortada no tamanho certo para que apenas a quantidade exata de material 2D necessária seja transferida, minimizando desperdícios e reduzindo custos. Camadas 2D de diferentes materiais também podem ser facilmente colocadas umas sobre as outras em diferentes orientações, permitindo aos pesquisadores explorar novas propriedades emergentes dos materiais empilhados.
Expandindo e simplificando o uso de materiais 2D
Nas próximas etapas, os pesquisadores pretendem expandir o tamanho da fita UV para a escala necessária aos fabricantes. Atualmente, o maior wafer de grafeno que pode ser transferido tem 10 cm de diâmetro. O professor Ago e seus colegas também estão tentando resolver o problema das rugas e bolhas que se formam na fita, causando pequenos defeitos.
A equipe de pesquisa também espera melhorar a estabilidade, para que os materiais 2D possam ser fixados em fitas UV por um longo período de tempo e distribuídos aos usuários finais, como outros cientistas.
“Os usuários finais podem então transferir o material para o substrato desejado, aplicando e removendo a fita UV como um adesivo infantil, sem necessidade de treinamento”, diz o professor Ago. “Um método tão fácil poderia mudar fundamentalmente o estilo de pesquisa e acelerar o desenvolvimento comercial de materiais 2D.”
Referência: “Materiais bidimensionais prontos para transferência usando fitas adesivas ajustáveis” 9 de fevereiro de 2024, Eletrônica da Natureza.
DOI: 10.1038/s41928-024-01121-3
