Grafeno Coloca Nanomateriais em Seu Lugar

Os nanomateriais oferecem propriedades ópticas e elétricas exclusivas e integração de baixo para cima nos processos de fabricação de semicondutores industriais. No entanto, eles também apresentam um dos problemas de pesquisa mais desafiadores. Em essência, a fabricação de semicondutores hoje carece de métodos para depositar nanomateriais em locais predefinidos de chips sem contaminação química. Acreditamos que o grafeno, um dos materiais mais finos, fortes, flexíveis e condutores do planeta, poderia ajudar a resolver esse desafio de fabricação.

Nossa equipe, o grupo de Tecnologia e Ciência Industrial da IBM Research-Brasil, está focada na construção, aplicação e adoção de nanomateriais (que têm um milionésimo de milímetro de tamanho) para aplicações industriais em grande escala. Até cerca de 30 anos atrás, não era possível ver e manipular átomos e moléculas individuais. Com o desenvolvimento de novas técnicas, podemos começar a experimentar e teorizar sobre o impacto do comportamento de um material em nanoescala.

Em nosso novo artigo, "Colocação de nanomaterial habilitado e direcionado para grafeno a partir de solução para integração de dispositivos em grande escala", publicado na Nature Communications, nós e nossos parceiros de colaboração acadêmica provamos pela primeira vez que é possível eletrificar o grafeno para que ele deposite material em qualquer local desejado em uma superfície sólida com uma participação quase perfeita de 97 {ccf696850f4de51e8cea028aa388d2d2d2eef894571ad33a4aa3b26b43009887}. Usar o grafeno dessa forma permite a integração de nanomateriais em escala de wafer e com precisão nanométrica.

Não apenas é possível depositar material em um local específico em nanoescala, também relatamos que isso pode ser feito em paralelo, em vários locais de deposição, o que significa que é possível integrar nanomateriais em escala de massa. Este trabalho foi patenteado [US9412815B2].

Renderização artística da colocação assistida por campo elétrico de materiais em nanoescala entre pares de eletrodos de grafeno opostos estruturados em uma grande camada de grafeno localizada no topo de um substrato sólido. Pontos quânticos (vermelho), nanotubos de carbono (cinza) e nanofolhas de dissulfeto de molibdênio (branco / cinza) são mostrados como nanomateriais 0D, 1D e 2D representativos que podem ser montados em grande escala com base no campo elétrico assistido por campo elétrico baseado em grafeno método de colocação.

O grafeno é o material mais fino capaz de conduzir eletricidade e propagar campos elétricos. Os campos elétricos são o que usamos para colocar nanomateriais em uma folha de grafeno:a forma e o padrão do grafeno (que projetamos) determinam onde os nanomateriais são colocados. Isso oferece um nível de precisão sem precedentes para a construção de nanomateriais. Hoje, essa abordagem é feita com materiais padrão, principalmente metais como o cobre. Mas o desafio ocorre porque é quase impossível remover o cobre dos nanomateriais depois de montado, sem afetar o desempenho ou destruir o nanomaterial completamente. O grafeno não apenas nos dá precisão na colocação de nanomateriais, mas é facilmente removível do nanomaterial montado.

É importante ressaltar que o método funciona independentemente da forma do nanomaterial, por exemplo, com pontos quânticos, nanotubos e nanofolhas bidimensionais. Usamos o método para construir transistores funcionais e testar seu desempenho. Além da eletrônica integrada, o método pode ser utilizado para manipulação de partículas e captura em tecnologia lab-on-chip (microfluídica) [US20170292934A1].

O avanço no uso de grafeno para a colocação de nanomateriais pode ser usado para criar painéis solares de próxima geração, chips mais rápidos em telefones celulares e tablets ou dispositivos quânticos exploratórios, como um emissor ou detector de luz quântica on-chip controlado eletricamente. Esse dispositivo é capaz de emitir ou detectar fótons individuais, um pré-requisito para uma comunicação segura.

Evidências como esta pesquisa publicada sugerem que o grafeno pode permitir a integração de nanomateriais que os materiais padrão (usados ​​hoje) não são capazes de fazer. Isso pode abrir caminho para sua inclusão na fabricação de produtos eletrônicos em escala industrial, que é um dos principais objetivos de um dos mais ambiciosos esforços de pesquisa em todo o mundo, o Graphene Flagship. Ao trabalhar com parceiros industriais, esperamos acelerar a geração de conhecimento, o desenvolvimento de tecnologia e a adoção deste método ascendente para integração de nanomateriais.

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Posicionamento de nanomateriais habilitados e direcionados com grafeno da solução para integração de dispositivos em grande escala. Nature Communications. DOI:10.1038 / s41467-018-06604-4.