薄膜生长技术是微孔的产物

制造业的见解

• 威斯康辛大学麦迪逊分校的研究人员公布了他们制造薄膜和薄膜的方法。
• 这意味着氢气和天然气的混合物可以作为一种更可持续、更清洁的能源使用。
• 之所以需要这种膜，是因为当氢转化为水时，反应会产生大量的热量和蒸汽，对金属造成额外的磨损(更快的侵蚀，金属的融化)。

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威斯康辛大学麦迪逊分校的材料研究人员揭示了远程外延背后的一些原子尺度机制，这是一种合成极薄薄膜和薄膜的新兴方法，其过程与许多研究人员所认为的非常不同。

这些薄膜可以在柔性或可穿戴电子产品中发挥重要作用，并在开发用于下一代计算的独特多层设备中发挥重要作用。

由博士生塞巴斯蒂安·曼佐和杰森·川崎领导，川崎是材料科学与工程这项研究发表在该杂志2022年7月号上自然通讯．

薄膜在晶体衬底上生长或沉积的过程称为外延。衬底的结构作为模板，通过原子键合和其他原子尺度的相互作用来指导薄膜生长的方向。但是直接在衬底上沉积晶体存在一些问题;值得注意的是，在生长过程结束时去除薄膜通常是困难的，并且可能损坏或破坏薄膜。

一种解决方法被称为远程外延，在合成薄膜之前，研究人员将一层2D材料石墨烯放在基底上。当薄膜生长时，它仍然遵循基底的方向，但中间的石墨烯层使其更容易在生长后剥离新薄膜，因为它不直接与基底结合。

虽然这种方法似乎在许多情况下都有效，但研究人员并不确定确切的原因，因为理论上石墨烯应该会阻止或减少正在发育的晶体与基底之间的相互作用。“最根本的问题是这个过程是如何运作的?”川崎说。“你是如何在石墨烯上生长单晶的?这种远程机制一直很有争议，因为它假设石墨烯和基板之间的界面是完美的。”

为了进行调查，Kawasaki和Manzo决定寻找石墨烯中的缺陷。即使是很小的缺陷或杂质——仅仅是百分之一的分数——也会对材料的性能产生巨大的影响。川崎说:“作为一名材料科学的本科生，你会学到缺陷就是一切。“因此，从这种心态来看，我们可能会认为石墨烯的缺陷可能很重要。”

Manzo领导了一系列实验，使用高倍显微镜在远程外延过程中拍摄原子水平的活动快照。首先，他分析了石墨烯层在退火过程中发生了什么，退火是基板和石墨烯被加热以去除基板表面氧化物的初步步骤。Manzo说:“我们看到了石墨烯的形态在这些特定温度下是如何变化的。”“就在那时，我们注意到10纳米的针孔正在形成，因为氧化物从基板中爆发出来。”

在外延过程中，他们发现薄膜实际上是在石墨烯的针孔处形成的。曼佐说:“我们基本上看到了这种蘑菇效应，薄膜从针孔开始生长，然后就像横向向外生长一样。”

衬底仍然直接在这些针孔处指挥薄膜的生长，而不是通过远程相互作用。

最终，这一发现并没有改变这一过程的效用。然而，它确实为研究人员提供了更好的理解针孔如何帮助更好地控制和调整薄膜的外延。

Manzo说，这些实验也没有为远程外延技术画上句号;事实上，真正的远程外延将允许生长更薄的薄膜。如果研究人员能够生产出没有针孔的无缺陷石墨烯，并将其放在基板上，他们就可以测试这个概念。Manzo说:“我们开始做其他实验，看看我们是否能真正找到远程交互起作用的证据。”

原始内容可以在威斯康星大学麦迪逊分校．

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