『Исследование Сонди представлено на обложке дочерней компании журнала Nature!』 Автоматизированная система открывает новую эру в области двумерного переноса материалов в химическом осаждении из газовой фазы

《Опубликовано: 23 мая 2025 г.》

Исюань Чжао, Цзюньхао Ляо, Сайю Бу, Чжаонин Ху, Цзинъи Ху, Ци Лу, Минпэн Шан, Бинбин Го, Гэ Чен, Цянь Чжао, Кайчэн Цзя, Гуоруй Ван, Итан Эррингтон, Цинь Се, Яньфэн Чжан, Мяо Го, Боян Мао, Ли Линь и Чжунфан Лю

Обложка этого выпуска Природа Химическая Инженерия содержит статью Академик Лю Чжунфань и Исследователь Линь Ли из Пекинского университета, и Профессор Мао Боян из Кембриджского университета под названием «Автоматизированная обработка и перенос двумерных материалов с помощью робототехники.’

Предыстория исследования

В эпоху быстрого технологического прогресса двумерные (2D) материалы продемонстрировали огромный потенциал для электронных и фотонных устройств следующего поколения благодаря своим уникальным физическим и химическим свойствам, таким как превосходные электрические и оптические характеристики. Химическое осаждение из паровой фазы (CVD) стало эффективным методом синтеза для производства высококачественных 2D-материалов и их гетероструктур, что позволяет использовать их в крупномасштабных приложениях. Однако критическая проблема при интеграции 2D-материалов, выращенных методом CVD, в практические устройства заключается в их эффективном и надежном переносе с подложек для роста на целевые подложки. В настоящее время отсутствие масштабируемой и стабильной технологии переноса серьезно затрудняет постобработку и применение 2D-материалов, синтезированных методом CVD, что ограничивает их дальнейшее развитие в электронных и фотонных устройствах.

Значимость исследования

В этом исследовании была успешно разработана роботизированная автоматизированная система переноса, которая обеспечивает автоматизированный перенос двумерных материалов, выращенных методом химического осаждения из газовой фазы, посредством гениально спроектированной межфазной адгезии и деформации. Этот прорыв имеет значительные последствия во многих аспектах.

С точки зрения промышленного применения автоматизированная система переноса демонстрирует высокую промышленную совместимость. В современной промышленной среде, где приоритет отдается эффективности и крупномасштабному производству, производительность системы является ключевым показателем ее ценности. Примечательно, что эта система может обрабатывать до 180 пластин в день, что намного превосходит эффективность традиционных ручных методов переноса. Эта возможность удовлетворяет промышленный спрос на крупномасштабный перенос материалов, закладывая основу для широкого применения 2D-материалов в промышленных условиях.

С точки зрения качества переноса система демонстрирует исключительную производительность. Перенесенный графен демонстрирует подвижность носителей, превышающую 14 000 см² V⁻¹ s⁻¹, показатель, отражающий электрические свойства материала после переноса. Высокая подвижность носителей указывает на превосходные характеристики электронного транспорта, что имеет решающее значение для повышения функциональности электронных устройств. Этот результат подтверждает, что автоматизированная система переноса сохраняет исключительные свойства 2D-материалов в процессе переноса, обеспечивая их пригодность для высокопроизводительных электронных и фотонных устройств.

Перспективы исследований

Успешное развитие этой автоматизированной системы передачи открывает новые возможности и перспективы для исследования и коммерциализации 2D-материалов. В будущем эта система, как ожидается, будет продвигать 2D-материалы в нескольких измерениях.

В области исследований система предоставит ученым более удобные и эффективные средства переноса материалов, что позволит им больше сосредоточиться на изучении производительности и разработке приложений 2D-материалов. Исследователи могут использовать эту систему для быстрого и точного переноса 2D-материалов, облегчая различные эксперименты и исследования для более глубокого изучения их физических и химических свойств, тем самым обеспечивая надежную поддержку фундаментальным исследованиям.

Для коммерциализации высокая производительность системы, надежное качество и экономическая эффективность будут способствовать крупномасштабному производству и применению 2D-материалов. Поскольку потенциальные области применения 2D-материалов в электронике, фотонике, энергетике и других областях продолжают расширяться, рыночный спрос на эти материалы быстро растет. Эта автоматизированная система передачи может удовлетворить спрос на крупномасштабные высококачественные 2D-материалы, снизить производственные затраты и повысить эффективность, тем самым ускорив их коммерциализацию. Ожидается, что в будущем эта система будет широко применяться на линиях по производству 2D-материалов, способствуя быстрому прогрессу в различных отраслях промышленности и внося значительный вклад в технологический прогресс.

Процесс разработки дизайна обложки

• Дизайн обложки сосредоточен на теме статьи «Автоматизация производства 2D-материалов», где основным визуальным элементом является роботизированная рука, манипулирующая 2D-материалами. Это изображение напрямую передает фокус исследования на роботизированной автоматизации для обработки и передачи 2D-материалов. Изображая роботизированную руку, точно взаимодействующую с материалом, дизайн подчеркивает применение автоматизации в производстве 2D-материалов, привлекая внимание к этому передовому направлению исследований.
• Общая цветовая схема использует холодные тона, в основном синий — оттенок, ассоциирующийся с технологией, профессионализмом и точностью, — что соответствует высоким стандартам Nature Chemical Engineering, ведущего журнала по химической инженерии. Синий фон также усиливает футуристическую, научно-техническую эстетику. Металлические компоненты роботизированной руки и материальной установки выполнены в серебристо-сером цвете, что создает контраст с синим фоном и добавляет композиции глубины и размерности. Серебристо-серый цвет еще больше подчеркивает высокотехнологичную текстуру оборудования.
• Стиль следует подходу научно-технического реализма. Роботизированная рука, материальная установка и другие элементы представлены с реалистичными подробностями, передающими ощущение строгости и экспертности. Этот реалистичный стиль помогает точно передавать научные и технологические инновации исследования, позволяя читателям лучше визуализировать содержание исследования. Моделирование 2D-материалов, субстрата для роста и целевого субстрата тщательно детализировано, точно отображая текстуры поверхности и отношения слоев. Особое внимание уделяется взаимодействию между роботизированной рукой и материалом, демонстрируя изысканное мастерство и точное понимание предмета исследования. В конечном итоге этот дизайн обложки получил высокую оценку как со стороны исследовательской группы, так и со стороны редакторов журнала, заслужив свое место в качестве главной обложки выпуска!