配景

最近幾年來，石墨烯、六方氮化硼、黑磷、過渡族金屬化合物（二硫化鉬、二硫化鎢、二硒化鎢）等二維資料，曾經(jīng)成為熱點前沿科技范疇之一。簡略說，二維資料普通由一層或幾層原子構(gòu)成。它不只非常輕浮，并且具有優(yōu)良的電氣、機械、熱學、光學等特征。

六方氮化硼構(gòu)造表示圖

（圖片起源：維基百科）

石墨烯構(gòu)造表示圖

（圖片起源：Tatiana Shepeleva/Shutterstock）

所以，二維資料的運用范疇非常遼闊，例如：自旋電子、印刷電子、柔性電子、微電子、存儲器、處置器、超透鏡、太赫茲、超等電容、太陽能電池、防偽標簽、量子點、傳感器、半導體系體例造、NFC、醫(yī)療等等。

二維資料的每一個片層都含有一個共價聯(lián)合，且不存在吊掛鍵的晶格，每一個片層都能經(jīng)由過程范德華力與相鄰片層構(gòu)成弱互相感化。是以，分歧的二維資料可以好像積木般堆疊在一路，停止優(yōu)勢互補，完成奇特的新功效。把分歧的二維資料經(jīng)由過程弱范德華感化力（存在于中性份子或原子之間的弱互相感化）堆疊在一路，就構(gòu)成了所謂的“范德華異質(zhì)結(jié)”（van der Waals heterostructures）。

時下，范德華異質(zhì)結(jié)是納米技巧方面惹起迷信家們濃重興致的新興范疇之一。將具有分歧特征（例如電學和光學等）的二維資料堆疊在一路后，迷信家們能對組合而成的“新”資料特征完成人工調(diào)控。另外，因為層間弱的范德華感化力，相鄰的層間不再受晶格必需相婚配的限制。關于分歧金屬、半導體和絕緣體層狀異質(zhì)構(gòu)造的新特征的研討，增進了對光探測器、光伏器件、LED等電子器件設計的改革，讓這些器件具有很多史無前例的奇特功效。

范德華異質(zhì)結(jié)的開辟，一向遭到龐雜且耗時的手工制作工藝的限制。也就是說，二維晶體平日都從年夜塊資料上剝落而來，然后由研討人員停止手工的識別、收集，然后再堆疊到一路構(gòu)成范德華異質(zhì)結(jié)。很明顯，這類人工處置辦法沒法順應含有范德華異質(zhì)結(jié)的電子器件的工業(yè)臨盆需求。

立異

近日，日本東京年夜先生產(chǎn)技巧研討所的科研團隊處理了這一成績。他們開辟出一種主動化機械人，年夜幅晉升了二維晶體的收集和組裝成范德華異質(zhì)結(jié)的速度。研討結(jié)果揭橥于《天然通訊（Nature Communications）》雜志。

（圖片起源：SATORU MASUBUCHI / 東京年夜先生產(chǎn)技巧研討所）

技巧

機械人由主動化的高速光學顯微鏡構(gòu)成，這類顯微鏡可以用于檢測晶體。然后，晶體的地位和參數(shù)會被記載在電腦數(shù)據(jù)庫中。采取數(shù)據(jù)庫中的信息及定制化的軟件，便可以設計出異質(zhì)結(jié)。然后，再經(jīng)由過程盤算機算法指點的主動化裝備一層一層地組裝異質(zhì)結(jié)。

論文第一作者 Satoru Masubuchi 表現(xiàn)：“機械人能在手套箱中發(fā)明、收集并組裝二維晶體。它一小時可以檢測400個石墨烯薄片，這比人工操作所到達的速度快許多。”

當機械人將石墨烯薄片組裝成范德華異質(zhì)結(jié)的時刻，它每小時可以堆疊四層，每層只須要幾分鐘的人工輸出。機械人用于臨盆由29個瓜代的石墨烯層與六方氮化硼層（別的一種通俗二維資料）構(gòu)成的范德華異質(zhì)結(jié)。

下圖是由石墨烯與六方氮化硼瓜代構(gòu)成的范德華異質(zhì)結(jié)

（圖片起源：SATORU MASUBUCHI / 東京年夜先生產(chǎn)技巧研討所）

人工操作的范德華異質(zhì)結(jié)的層數(shù)記載是13，而機械人極年夜晉升了我們?nèi)〉谬嬰s的范德華異質(zhì)結(jié)的才能。

價值

論文合著者之一 Tomoki Machida 表現(xiàn)：“我們的機械人可以收集和組裝一系列的資料。這個體系無望充足摸索范德華異質(zhì)結(jié)。”

開辟這類機械人，極年夜增進了范德華異質(zhì)結(jié)的臨盆和它們在電子器件中的應用，也讓我們離完成具有原子級天然資料的器件又更近了一步。

癥結(jié)字

二維資料、石墨烯、機械人、算法