用蜡涂覆石墨烯可减少器件制造过程中的污染吗,石墨生产中要用蜡微粉吗

为了保护石墨烯免受性能削弱，在设备制造过程中损坏表面的皱纹和污染物，麻省理工学院的科学家们一直在寻求使用普通材料：蜡。

右图显示了在基材转移步骤中涂有蜡的石墨烯片。与传统的聚合物涂层相比，这种方法大大减少了石墨烯表面的皱纹。

石墨烯是一种原子薄的材料，在创造下一代电子产品方面显示出巨大的潜力。科学家正在研究在量子计算机和柔性电子设备的电路中以及在一系列其他设备中使用独特材料的可能性。

但是从基板上取下精细材料并将其移到新基板上是非常具有挑战性的。传统技术将石墨烯包裹在聚合物中，该聚合物可防止破损，但也会在石墨烯表面添加颗粒和缺陷。这些阻碍了电流和窒息性能。

在Nature Communications上发表的一篇论文中，科学家描述了一种制造方法，该方法将蜡涂层应用于石墨烯片并加热。热量使蜡膨胀，使石墨烯均匀，减少皱纹。此外，可以冲洗掉涂层而不会留下大量残留物。

在该团队进行的实验中，蜡涂层石墨烯比使用传统聚合物保护层制成的石墨烯好四倍。在这种情况下，性能是以“电子迁移率”来衡量的 - 意味着电子穿过材料表面的速度有多快 - 这是由表面缺陷阻碍的。

共同第一作者，EECS的博士生Haozhe Wang说，使用蜡听起来像是一种天生的解决方案，但它需要不同的思考：“作为学生，我们将自己局限于实验室中可用的复杂材料。相反，在这项工作中，我们选择了日常生活中常用的材料。“

除了Leong和Wang之外，论文的其他作者还有：Jing Kong和Tomas Palacios，两位EECS教授; Markus Buehler，土木与环境工程系（CEE）教授兼负责人; 以及来自CEE，EECS和机械工程系的其他六名研究生，博士后和研究人员。

“完美”的保护者

为了在大面积上生长石墨烯，2D材料通常生长在商业铜基板上。然后，它通过“牺牲”聚合物层固定，通常是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。将PMMA涂覆的石墨烯置于一桶酸性溶液中直至铜完全消失。剩余的PMMA-石墨烯用水洗涤，然后干燥，最后除去PMMA层。

当水在石墨烯和目标基板之间被捕获时，皱纹会蠕变，PMMA不会停止。此外，PMMA由复杂的氧，氢和碳原子串组成，与石墨烯原子形成强大的键。当它被移除时，这会在表面上留下颗粒。

科学家们已经尝试改变PMMA和其他聚合物，以帮助减少皱纹和残留物，但收效甚微。麻省理工学院的科学家反而寻求全新的材料 - 甚至一次使用商业收缩包装。

在搜索材料科学文献后，该团队选择了石蜡，这是一种广泛使用的白色半透明蜡，用于抛光，蜡烛和防水涂料等。

在测试前的模拟中，Buehler的小组检查了材料的性质，发现石墨烯和石蜡之间没有已知的反应。这是因为石蜡的高度基本的化学结构。

清洁转移

在他们的方法中，科学家们最初将小块石蜡在烤箱中融化。然后，使用旋涂机，一种施加离心力以使材料均匀地散布在基板上的微加工机器，将石蜡溶液放在生长在铜箔上的石墨烯片上。这将石蜡扩散到石墨烯上的约20微米厚的保护层中。

科学家将石蜡包覆的石墨烯转移到一个带走铜箔的溶液中。然后将涂覆的石墨烯移至传统的水槽中，将其加热至约40℃。他们使用硅目标基板从下面取出石墨烯，并在固定在相同温度的烤箱中烘烤。

由于石蜡具有高的热膨胀系数，因此在加热时它会膨胀很多。暴露于这种热量增加，石蜡膨胀并拉伸下面附着的石墨烯，有效地减少皱纹。为了完成，科学家使用不同的解决方案冲洗石蜡，在目标基板上留下单层石墨烯。

在他们的论文中，科学家们展示了一小部分石蜡涂层和PMMA涂层石墨烯的显微图像。石蜡包覆的石墨烯几乎完全没有碎片，而PMMA涂层的石墨烯似乎严重受损，类似于划伤的窗口。

由于蜡涂层已经广泛用于许多制造应用 - 例如在材料上涂防水涂层 - 该团队认为他们的技术可以很容易地适应实际的制造工艺。科学家解释说，特别是，熔化蜡的温度升高不应影响效率或制造成本，加热源后来可以用光代替。

展望未来，科学家们希望进一步减少留在石墨烯上的皱纹和杂质，并扩大系统以处理更大的石墨烯片。它们还旨在将转移方法应用于其他2D材料的制造过程。

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