Desde o surgimento do grafeno, a família de materiais bidimensionais com espessura atômica (como sulfeto de metal de transição, fósforo preto, nitreto de boro hexagonal, etc.) por causa de suas propriedades elétricas, ópticas, térmicas e mecânicas, desencadeou um boom de pesquisa global. No entanto, a alta qualidade, a grande área e a disponibilidade controlada desses materiais são os principais desafios e áreas de vanguarda que os levam da pesquisa básica para as aplicações práticas.

Atualmente, a preparação de materiais bidimensionais segue principalmente duas rotas técnicas "de cima para baixo" e "de baixo para cima", cada uma com características e cenários de aplicação:

Método de cima para baixo: descarte mecânico e descarte líquido

1, descarte mecânico: o uso de fita de cristal de bloco descarte repetidamente, pode obter uma folha fina de material bidimensional de alta qualidade, mas o tamanho é pequeno, a produção é extremamente baixa, principalmente para a pesquisa de propriedades básicas.

2, separação de fase líquida: o material de bloco é disperso em camadas através de ultra-som ou força de corte em um solvente específico, que pode alcançar um maior rendimento, aplicável a materiais compostos, preparação de pasta, mas a espessura da camada resultante é inigual e tem mais defeitos.

Método de baixo para cima: deposição de gás químico

Este é o caminho mais promissor para a preparação de materiais bidimensionais de grande área e alta qualidade. Seu princípio é que no substrato de alta temperatura (como folha de cobre, zafiro), através da reação química de gases precursores (como metano, fontes orgânicas metálicas), os átomos na superfície do substrato "in situ" para o núcleo, crescendo em um filme bidimensional.

A vantagem da tecnologia CVD é que é possível preparar monocristales de nível de wafer ou filmes policristais de alta qualidade, que são diretamente compatíveis com processos de semicondutores existentes, estabelecendo a base para a construção de dispositivos eletrônicos do futuro. A tecnologia avançada de CVD também pode ser auxiliada pelo plasma para reduzir eficazmente a temperatura de crescimento e ampliar a gama de opções de substrato.

Apesar dos avanços significativos, a disponibilidade controlada de materiais 2D ainda enfrenta muitos desafios:

Preparação de monocristal de grande área: como alcançar o crescimento de filme monocristalina de grande tamanho e sem cristal em um substrato não monocristalino é um problema fundamental.

Controle preciso do número de camadas: o crescimento uniforme e controlado de camadas específicas (especialmente camadas únicas) continua a ser um ponto quente de pesquisa.

Tecnologia de transferência sem danos: transferir o material bidimensional crescido de alta qualidade para o substrato funcional alvo sem introduzir danos ou poluição é um gargalo na preparação do dispositivo.

Desenvolvimento e escalabilidade de novos materiais: explorar novos materiais bidimensionais que vão além do MoS₂ e desenvolver métodos de preparação escaláveis.

A tecnologia de preparação de materiais bidimensionais é uma ponte que conecta suas propriedades mágicas com aplicações práticas. Atualmente, o campo está passando da exploração inicial para o controle de precisão, de pequenas amostras em laboratório para a produção em massa industrial. Cada avanço na tecnologia de preparação abrirá novas portas para aplicações de materiais bidimensionais na próxima geração de eletrônica, fotoeletrônica e dispositivos flexíveis.