机器人开发用于设计师纳米材料的自动装配

目前对纳米技术非常感兴趣的领域是范德瓦尔斯异质结构,其是原子级薄的二维(2D)晶体材料的组件,其显示出用于先进电子器件的有吸引力的传导性质。

代表性的2D半导体是石墨烯,其由仅一个原子厚度的碳原子的蜂窝晶格组成。van der Waals异质结构的发展受到生产它们所需的复杂且耗时的手动操作的限制。也就是说,通常通过剥离松散材料获得的2D晶体需要手动识别,收集,然后由研究人员堆叠以形成范德瓦尔斯异质结构。这种手工工艺显然不适用于含有范德华异质结构的电子器件的工业生产

现在,由东京大学工业科学研究所领导的日本研究小组通过开发一种自动化机器人解决了这个问题,该机器人极大地加速了2D晶体的收集及其组装,形成了范德瓦尔斯异质结构。机器人包括一个自动高速光学显微镜,可以检测晶体,然后将其位置和参数记录在计算机数据库中。定制软件用于使用数据库中的信息设计异构结构。然后通过由设计的计算机算法指导的机器人设备逐层组装异质结构。该研究结果在Nature Communications报道。

“机器人可以在手套箱中找到,收集和组装2D晶体,”第一作者Satoru Masubuchi说。“它可以每小时检测400个石墨烯薄片,这比手动操作的速度要快得多。”

当机器人用于将石墨烯薄片组装成范德瓦尔斯异质结构时,它可以每小时堆叠多达四层,每层只需要几分钟的人工输入。机器人用于产生范德瓦尔斯异质结构,其由29个交替的石墨烯层和六方氮化硼(另一种常见的2D半导体)组成。通过手动操作产生的范德瓦尔异质结构的记录层数是13,因此机器人极大地增加了我们访问复杂范德华异质结构的能力。

“使用我们的机器人可以收集和组装各种材料,”共同作者Tomoki Machida解释说。“这个系统提供了充分探索范德瓦尔斯异质结构的潜力。”

该机器人的开发将极大地促进范德瓦尔斯异质结构的生产及其在电子设备中的应用,使我们更接近实现包含原子级设计器材料的器件。