作者罗布·马西森，麻省理工学院 右边的图片显示的是在基底转移过程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(左)
学分:麻省理工学院 为了防止石墨烯在器件制造过程中出现影响性能的褶皱和污染，麻省理工学院的研究人员转向了一种日常材料:蜡
石墨烯是一种原子薄的材料，有望制造下一代电子产品
研究人员正在探索将这种奇异材料用于柔性电子电路和量子计算机以及各种其他设备的可能性
但是从生长的衬底上移除易碎材料并将其转移到新的衬底上尤其具有挑战性
传统的方法是将石墨烯包裹在聚合物中，防止破损，但也会在石墨烯表面引入缺陷和颗粒
这些中断电流并抑制性能
在《自然通讯》发表的一篇论文中，研究人员描述了一种在石墨烯片上涂蜡并加热的制造技术
热量导致蜡膨胀，这使石墨烯变得平滑，减少皱纹
此外，涂层可以被洗掉而不会留下很多残留物
在实验中，研究人员的涂蜡石墨烯表现比用传统聚合物保护层制成的石墨烯好四倍
在这种情况下，性能是用“电子迁移率”来衡量的——电子迁移率是指电子在材料表面移动的速度——它受到表面缺陷的阻碍
“就像给地板打蜡一样，你可以在大面积的石墨烯上涂上同样的涂层，然后用它作为一层，从金属生长基底上捡起石墨烯，并将其转移到任何想要的基底上，”第一作者孙伟·莱昂说，他是EECS电子工程和计算机科学系的博士后
“这项技术非常有用，因为它同时解决了两个问题:皱纹和聚合物残留物
" 合著者王浩哲，博士
D
EECS的一名学生说，使用蜡听起来像是一种自然的解决方案，但它涉及到一些跳出框框的思考——或者更具体地说，是在实验室之外的思考:“作为学生，我们把自己限制在实验室中可用的复杂材料上
相反，在这部作品中，我们选择了一种日常生活中常用的材料
" 与梁家杰和王一起写论文的有:和托马斯·帕拉西奥斯，他们都是的教授；马库斯·布勒(Markus Buehler)，教授，土木与环境工程系(CEE)系主任；以及来自EECS、中欧和东欧以及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，二维材料通常生长在商用铜衬底上
然后，它被一个“牺牲”聚合物层保护，典型的是聚甲基丙烯酸甲酯
将涂有聚甲基丙烯酸甲酯的石墨烯放入一桶酸性溶液中，直到铜完全消失
用水冲洗剩余的聚甲基丙烯酸甲酯-石墨烯，然后干燥，最终去除聚甲基丙烯酸甲酯层
当水被截留在石墨烯和目标基底之间时，就会产生褶皱，而这是聚甲基丙烯酸甲酯无法阻止的
此外，聚甲基丙烯酸甲酯包含氧、碳和氢原子的复杂链，这些原子与石墨烯原子形成强键
当它被移除时，会在表面留下粒子
研究人员已经尝试对聚甲基丙烯酸甲酯和其他聚合物进行改性，以帮助减少皱纹和残留物，但收效甚微
麻省理工学院的研究人员转而寻找全新的材料——甚至曾经尝试过商业收缩包装
“虽然没有那么成功，但我们确实努力了，”王笑着说
在梳理完材料科学文献后，研究人员找到了石蜡，这是一种常见的白色半透明蜡，用于蜡烛、抛光剂和防水涂料等应用
在测试前的模拟中，研究材料性质的布勒小组发现石蜡和石墨烯之间没有已知的反应
这是因为石蜡的化学结构非常简单
“蜡对于这个牺牲层来说太完美了
“与聚甲基丙烯酸甲酯与石墨烯结合的复杂化学结构相比，它只是简单的碳链和氢链，反应性较低，”梁家杰说
清洁剂转移 在他们的技术中，研究人员首先在烤箱中熔化小块石蜡
然后，使用旋转涂布机，一种利用离心力将材料均匀分散在基底上的微加工机器，他们将石蜡溶液滴到铜箔上生长的石墨烯片上
这使得石蜡在石墨烯上形成了一层大约20微米厚的保护层
研究人员将涂有石蜡的石墨烯转移到去除铜箔的溶液中
然后将涂覆的石墨烯转移到传统的水槽中，加热到大约40摄氏度
他们用一个硅目标基板从下面铲起石墨烯，并在相同温度的烤箱中烘烤
因为石蜡的热膨胀系数很高，所以受热时会膨胀很多
在热量增加的情况下，石蜡膨胀并拉伸下面附着的石墨烯，有效减少皱纹
最后，研究人员使用不同的溶液洗掉石蜡，在目标基底上留下单层石墨烯
在他们的论文中，研究人员展示了一小块涂有石蜡和聚甲基丙烯酸甲酯的石墨烯的显微图像
涂有石蜡的石墨烯几乎完全没有碎片，而涂有聚甲基丙烯酸甲酯的石墨烯看起来严重受损，就像刮破的窗户
因为蜡涂层在许多制造应用中已经很普遍了——比如在材料上涂上防水涂层——研究人员认为这种方法可以很容易地适用于现实世界的制造过程
研究人员说，值得注意的是，熔化蜡的温度升高不应影响制造成本或效率，加热源将来可能会被灯取代
接下来，研究人员的目标是进一步减少石墨烯上留下的褶皱和污染物，并将系统扩大到更大的石墨烯片
他们还致力于将转移技术应用到其他二维材料的制造过程中
“我们将继续生长完美的大面积二维材料，这样它们自然就不会有皱纹了，”梁静茹说
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