機(jī)器人開發(fā)用于設(shè)計(jì)師納米材料的自動裝配

2018-12-16 11:40:42來源：

目前對納米技術(shù)非常感興趣的領(lǐng)域是范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其是原子級薄的二維(2d)晶體材料的組件，其顯示出用于先進(jìn)電子器件的有吸引力的傳導(dǎo)性質(zhì)。

代表性的2d半導(dǎo)體是石墨烯，其由僅僅一個原子厚度的碳原子的蜂窩晶格組成。van der waals異質(zhì)結(jié)構(gòu)的發(fā)展受到生產(chǎn)它們所需的復(fù)雜且耗時的手動操作的限制。也就是說，通常通過剝離松散材料獲得的2d晶體需要手動識別，收集，然后由研究人員堆疊以形成范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)構(gòu)。這種手工工藝顯然不適用于含有范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電子器件的工業(yè)生產(chǎn)

現(xiàn)在，由東京大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究所領(lǐng)導(dǎo)的日本研究小組通過開發(fā)一種自動化機(jī)器人解決了這個問題，該機(jī)器人極大地加速了二維晶體的收集及其組裝，形成了范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)構(gòu)。機(jī)器人由一個自動高速光學(xué)顯微鏡組成，可以檢測晶體，然后將其位置和參數(shù)記錄在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫中。定制軟件用于使用數(shù)據(jù)庫中的信息設(shè)計(jì)異構(gòu)結(jié)構(gòu)。然后通過由設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)算法指導(dǎo)的機(jī)器人設(shè)備逐層組裝異質(zhì)結(jié)構(gòu)。自然通訊報道了這些發(fā)現(xiàn)。

“機(jī)器人可以在手套箱中找到，收集和組裝2d晶體，”第一作者satoru masubuchi說。“它可以每小時檢測400個石墨烯片，這比手動操作的速度要快得多。”

當(dāng)機(jī)器人用于將石墨烯薄片組裝成范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)構(gòu)時，它可以每小時堆疊多達(dá)四層，每層只需要幾分鐘的人工輸入。機(jī)器人用于產(chǎn)生范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其由29個交替的石墨烯層和六方氮化硼(另一種常見的2d半導(dǎo)體)組成。通過手動操作產(chǎn)生的范德瓦爾異質(zhì)結(jié)構(gòu)的記錄層數(shù)是13，因此機(jī)器人大大增加了我們訪問復(fù)雜的范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)的能力。

“使用我們的機(jī)器人可以收集和組裝各種材料，”共同作者tomoki machida解釋說。“這個系統(tǒng)提供了充分探索范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)構(gòu)的潛力。”

該機(jī)器人的開發(fā)將極大地促進(jìn)van der waals異質(zhì)結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)及其在電子設(shè)備中的應(yīng)用，使我們更接近實(shí)現(xiàn)包含原子級設(shè)計(jì)器材料的器件。