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研究背景

隨著制造技術(shù)的不斷發(fā)展，從手工制造到精密機械制造，再到原子尺度制造，制造業(yè)進入了不同的階段。在這個演變過程中，原子和接近原子尺度制造（ACSM）作為一種基礎(chǔ)技術(shù)，吸引了廣泛的關(guān)注。這種技術(shù)允許在原子尺度上進行材料的添加、去除和轉(zhuǎn)化，具有極高的精度和控制能力。在諸多材料中，二維材料因其原子級別的特性和獨特的物理性質(zhì)而備受關(guān)注。然而，二維材料的制造和應用仍然面臨著挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的制造方法，如化學氣相沉積（CVD）和光刻技術(shù)，雖然能夠合成高質(zhì)量的二維材料，但在圖案化和集成方面存在限制和問題，如可擴展性差、工藝復雜、引入雜質(zhì)等。

成果簡介

為此，柏林大學學院機械與材料工程學院Nan Zhang教授團隊在npj-2D Materials and Applications期刊發(fā)題為“Advance in additive manufacturing of 2D materials at the atomic and close-to-atomic scale”的研究成果。這項研究旨在開發(fā)新的制造技術(shù)，使二維材料的制造過程更加高效、簡化和可控。通過這些新方法，科學家們希望能夠?qū)崿F(xiàn)在原子尺度上控制二維材料的合成位置和厚度，從而實現(xiàn)對材料性質(zhì)和功能的精確調(diào)控。

npj 2D Mater. Appl.：一文解讀二維材料的增材制造現(xiàn)狀！

圖文導讀

本研究解決了二維材料制造中的關(guān)鍵問題，即如何實現(xiàn)高質(zhì)量、可控制的原子尺度增材制造。通過對幾種潛在的原子尺度增材制造方法進行系統(tǒng)分析，本研究提供了一種新的途徑來克服傳統(tǒng)制造方法的局限性，并探索了這些方法在電子學、生物傳感器和納米電機系統(tǒng)等領(lǐng)域的潛在應用。相關(guān)成果如下：

圖1. 二維材料的原子尺度增材制造和應用

圖2.?用于定位選擇性CVD的種子方法的二維材料

圖3.?用于定位選擇性CVD的二維材料的預圖案化基底

圖4.?面積選擇性ALD的二維材料

圖5.?面積選擇性電沉積的二維材料

圖6.?二維材料的激光輔助方法

圖7. 二維材料的印刷方法

圖8.?用于二維材料的對齊堆疊

圖9.?二維材料電子學和生物傳感器

圖10.?基于二維材料的納米電機系統(tǒng)

結(jié)論與展望

通過對原子尺度二維材料增材制造的系統(tǒng)研究，本綜述深入探討了各種方法的優(yōu)缺點以及其在制造領(lǐng)域的潛在應用。首先，原子尺度增材制造技術(shù)的發(fā)展為二維材料制備和加工帶來了重大突破，為實現(xiàn)原子級設備提供了關(guān)鍵支持。其精確的原子層控制確保了材料厚度和組成的一致性，從而在電子學、生物傳感器和納米電機系統(tǒng)等領(lǐng)域展現(xiàn)了巨大潛力。然而，盡管取得了顯著進展，但仍然存在一些挑戰(zhàn)需要解決。其中，實現(xiàn)更高精度的選擇性合成和控制厚度的技術(shù)，以及建立穩(wěn)定可靠的大規(guī)模制造過程是最為關(guān)鍵的。

此外，針對不同增材制造方法的特定挑戰(zhàn)也需要克服，例如電沉積方法、激光方法和印刷方法的一致性問題，以及CVD和ALD等方法的尺寸分辨率限制。面對這些挑戰(zhàn)，未來的研究應重點解決提高精度、改善一致性和建立可靠過程等關(guān)鍵問題。隨著這些問題的解決，原子尺度二維材料增材制造將為制造技術(shù)的進步和二維材料應用的拓展帶來更多機遇。

文獻信息

Chen, Y., Fang, F. & Zhang, N. Advance in additive manufacturing of 2D materials at the atomic and close-to-atomic scale. npj 2D Mater. Appl., 2024. 10.1038/s41699-024-00456-x。

原創(chuàng)文章，作者：Gloria，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/03/30/6b37509277/

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