รองศาสตราจารย์ด้านวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมแห่งมหาวิทยาลัย ในสหรัฐฯกล่าวว่า “อุตสาหกรรมจะไม่ยอมรับการขัดผิวด้วยกลไกเป็นหนทางสู่การผลิตอุปกรณ์เหล่านี้ ข้อสรุปนี้มาจากการทำงานกว่าทศวรรษในชุมชนการวิจัยวัสดุ 2 มิติ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วง 2 ปีที่ผ่านมาได้ใช้เวลาเตรียมแผนงานเกี่ยวกับวัสดุ 2 มิติเกรดอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งส่วนใหญ่นำโดยนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาการขัดผิวด้วย
กลไก
หมายถึงวิธีการประดิษฐ์ใช้ในการทดลองครั้งแรกกับกราฟีนที่แยกได้ ในเวลานั้น นักวิจัยมักจะกู้คืนพื้นผิวพื้นผิวกราไฟต์ที่บริสุทธิ์สำหรับการทดลองของพวกเขาโดยการลอกชั้นบนสุดออกด้วยเทปเหนียวเล็กน้อยแล้วโยนทิ้งไป ความอยากรู้อยากเห็นในการตรวจสอบเศษเหล็กที่ถูกทิ้งเหล่านี้ในคืนวันศุกร์
จึงเผยให้เห็นคุณสมบัติอันน่าพิศวงมากมายในชั้นอะตอมเดี่ยวของคาร์บอน ซึ่งก็คือกราฟีน ทำให้พวกเขาได้รับรางวัลโนเบลในปี 2010 วัสดุกราฟีนและวัสดุ 2 มิติยังคงเป็นหัวข้อของการวิจัยมูลค่าหลายพันล้านยูโรทั่วโลก แม้ว่าการขัดผิวด้วยกลไกจะทำให้ได้กราฟีนคุณภาพสูงซึ่งมีประโยชน์
สำหรับวัตถุประสงค์ในการวิจัย แต่เทคนิคการประดิษฐ์ที่มีขอบเขตมากขึ้นสำหรับการปรับขนาดทางอุตสาหกรรมมากกว่าการใช้เทปกาวเพียงเล็กน้อยก็มีความสำคัญต่อการได้รับผลตอบแทนทางเศรษฐกิจจากการลงทุนด้านการวิจัย นอกเหนือจากเทปกาวในแง่ของขนาดและความก้าวหน้าด้านต้นทุน
ในวิธีการผลิตที่ใช้ในอุตสาหกรรมได้นั้นยอดเยี่ยมมาก ทศวรรษที่ผ่านมาได้เห็นต้นทุนของกราฟีนลดลงจากหลายแสนดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลกรัมของกราฟีน ณ เวลาที่แยกได้ครั้งแรกเหลือเพียงประมาณ 50 ดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลกรัม อุปสรรค์คือกราฟีนจากวิธีการประดิษฐ์ที่ปรับขนาดได้ส่วนใหญ่เหล่านี้
มีแนวโน้มที่จะเกิดข้อบกพร่อง ซึ่งแม้ว่าพวกมันอาจไม่ส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติเชิงกลของวัสดุมากนัก แต่ก็ลดทอนคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของวัสดุลงอย่างมาก“วัสดุ 2 มิติประกอบขึ้นเป็นสวนสัตว์ทั้งหมด และภายในวัสดุประเภทเหล่านั้นก็มีคุณสมบัติที่หลากหลาย ไม่ว่าจะเป็นวัสดุ 2 มิติ
สำหรับ
คุณสมบัติทางกลหรือใน วัสดุผสม คุณต้องการข้อบกพร่องเพื่อให้พวกมันมีปฏิสัมพันธ์” โรบินสันบอก “ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ คุณไม่ต้องการให้มีข้อบกพร่องหรือหากมีข้อบกพร่อง เราต้องการทราบว่ามีการควบคุมอย่างมากและตั้งใจวางไว้ที่นั่น ข้อบกพร่องแบบสุ่มไม่ช่วยเรา”
ในช่วงสองสามปีที่ผ่านมา มีความคิดริเริ่มมากมายเพื่อช่วยจัดการ “สวนสัตว์” ของวัสดุ เช่น มาตรฐานISO กราฟีนคำจำกัดความของกราฟีนที่เป็นที่ยอมรับในระดับสากล และบริการกราฟีนซึ่งนำเสนอลักษณะเฉพาะและคำแนะนำสำหรับผู้ใช้กราฟีนในการจับคู่ วัสดุให้เหมาะสมกับการใช้งาน
เมื่อพูดถึงการใช้งานทางอิเล็กทรอนิกส์ กราฟีนจำนวนมากที่ผลิตออกมานั้นไม่ได้คุณภาพตามเกณฑ์
หวังว่าวัสดุ 2D เกรดอิเล็กทรอนิกส์ดังนั้น โรบินสันจึงเห็นด้วยกับผู้ที่แนะนำว่าการใช้งานที่ใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติทางกลของวัสดุ 2 มิติที่ให้อภัยได้มากกว่านั้น มีส่วนสำคัญในการก้าวไปสู่ผลิตภัณฑ์
ระดับไฮสตรีท อย่างไรก็ตาม เขากล่าวเสริมว่า “มีการปรับปรุงมากมายในช่วงสองสามปีที่ผ่านมา ดูที่การสะสมไอระเหยของสารเคมี ของลำแสงโมเลกุล นี่คือแนวทางบางส่วนที่จะทำให้วัสดุ 2D เกรดอิเล็กทรอนิกส์เติบโต ดังนั้นเราจึงคิดว่าถึงเวลาแล้วที่จะถามว่าอะไรคือความท้าทายอันดับหนึ่ง
ที่เราต้องจัดการเพื่อให้วัสดุ 2 มิติเหล่านี้สามารถสร้างผลกระทบได้”แผนงานที่ตีพิมพ์เมื่อเร็วๆ นี้ในวารสาร2D สรุปชุดการใช้งานของวัสดุอิเล็กทรอนิกส์เกรด 2 มิติ รวมถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ อุปกรณ์คอมพิวเตอร์ และพลังงานแสงอาทิตย์ โดยเน้นถึงศักยภาพของความก้าวหน้าเชิงพาณิชย์
ยืนอยู่
บนไหล่ของซิลิกอนโรบินสันยังชี้ให้เห็นว่าเทคนิคในการผลิตวัสดุ 2D เกรดอิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่เข้ากันได้กับเทคนิคการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ที่มีอยู่ ซึ่งเขาแนะนำว่าเป็นเหตุผลอันดับหนึ่งที่ทำให้ความหลงใหลของพวกเขายังคงอยู่ในอุตสาหกรรม “สำหรับควอนตัมดอท เส้นลวดนาโน
และท่อนาโน คุณต้องวางมันบนพื้นผิวด้วยการเคลือบแบบหมุน ฯลฯ และเป็นการยากที่จะทำสิ่งนี้ในเชิงกำหนด” โรบินสันกล่าว “กุญแจสำคัญสำหรับวัสดุ 2 มิติคือคุณสามารถขยายได้โดยตรงบนพื้นผิว และใช้กระบวนการเดียวกันเพื่อสร้างอุปกรณ์ที่พัฒนาด้วยซิลิกอน ผู้ผลิตอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์
สามารถใช้เทคนิคเดียวกันนี้ได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนแปลงสายการผลิตครั้งใหญ่” การผลิตที่เข้ากันได้กับ นี้ช่วยเพิ่มศักยภาพในการใช้ประโยชน์จากวัสดุ 2 มิติเพื่อเพิ่ม เสริม หรือปรับปรุงเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ที่มีอยู่ ในความเป็นจริงโรบินสันไม่เชื่อโอกาสที่วัสดุ 2 มิติหรือสิ่งอื่นใดจะมาแทนที่ซิลิกอน
ในอีก 10-20 ปีข้างหน้า โดยชอบสถานการณ์ที่วัสดุ 2 มิติพัฒนาควบคู่ไปกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปพวกเขาสามารถจับคู่กับเทคโนโลยีซิลิกอนที่แพร่หลายในทศวรรษหน้าได้หรือไม่? โรบินสันแนะนำว่าพวกเขาอาจมีผลกระทบมากกว่าในบางพื้นที่ ลู่ทางที่มีแนวโน้มจะเป็นกระบวนการ
หลังการผลิตในเทคโนโลยีทรานซิสเตอร์ ซึ่งบางครั้งและเทคโนโลยีหน่วยความจำคอมพิวเตอร์บางประเภท“ฉันคิดว่าสิ่งสำคัญอย่างหนึ่งคือความสามารถในการผลิตในลักษณะที่เข้ากันได้กับเทคโนโลยีซิลิกอน และนั่นคือเคล็ดลับที่แท้จริงสำหรับสิ่งที่เรากำลังพยายามทำอยู่” โรบินสันกล่าว
“แผนงานนี้มุ่งเน้นที่วิธีการทำให้วัสดุอิเล็กทรอนิกส์เหล่านี้มีเกรด เนื่องจากหากเราไม่สามารถทำให้วัสดุเหล่านี้มีคุณภาพสูงเพียงพอ คุณสมบัติที่ควบคุมได้ ข้อบกพร่องต่ำ ฯลฯ สิ่งเหล่านี้จะไม่มีวันแพร่หลายแม้ว่าคุณสมบัติที่แท้จริงจะปฏิวัติวงการก็ตาม”แผนงานฉบับ เต็มมีอยู่ในวารสาร2Dและความท้าทายที่เหลืออยู่ทั้งในด้านทฤษฎีและการทดลองเพื่อความเข้าใจและการเรียนรู้เทคนิคการผลิตที่จำเป็น
credit : เว็บแท้ / ดัมมี่ออนไลน์
