城大学者发明高质量碲纳米网的低温合成方法，助开发新一代电子产品
由香港城市大学（城大）学者领导的一支联合科研团队最近发明了一种新方法，能够以较低的温度和生产成本，合成高质量的半导体纳米网（nanomesh）。这项发现有助於大规模生产纳米网，以开发新一代的高性能电子产品。
纳米网是由纳米线网络组成的纳米级材料。过去数十年来，由无机单晶材料制成的一维（1D）纳米线，由於具有卓越的机械性能丶能源效率和光学透明度等优点，因此一直成为科学界的研究对象，探索如何利用它来开发新一代的电子产品。然而，纳米线半导体的可拓展性丶可整合性和成本效益都有不足之处，限制了它们在大面积电子和光电应用方面的发展潜力。
为了克服上述缺点，一支由香港城大科学家领导的研究团队近日取得了突破性进展，发明了一种低温丶气相生长方法，能够大规模地合成半导体碲（tellurium，Te)的纳米网，供新一代的电子产品使用。
带领今次研究的城大材料科学及工程学系副系主任何颂贤教授说：「在电子产品中使用碲纳米网，有望满足现今物联网（IoT）应用的新兴技术需求。今次研究取得的突破，为大规模生产功能性碲纳米网迈出重要一步，以往通过其他方法制成的纳米网所无法实现的一些潜在应用，现在都变得可能。」
透过新研发的制造技术，可以在各种基材上生产高质量的碲纳米网，包括氧化矽丶聚合物（可拉伸塑料）甚至是纸张。这新技术不单适用於大规模生产碲纳米网，而且具成本效益。
要促使碲纳米网的生成，首要把碲源粉蒸发为气相，然後利用氩气流传输至摄氏100度加热的生长基材表面。团队在设计这种创新的合成方法时，运用了纳米材料的多尺度范德华相互作用（van der Waals interactions）原理，最後成功制造出由能够自我组装和自我焊接的碲纳米线所组成的纳米网。这些纳米线在摄氏100度相对低的温度下便能沉积，并可在任何物质表面上横向生长，这是传统方法无法做到的。
由於生产时只需低至摄氏100度的环境，而新技术制作纳米网亦可在不同的基材表面长成，令到生产成本更低。而且，这次研究发现碲纳米网在生成的过程中，会出现自我焊接的现象，这对於提高装置的性能和确保柔性电子产品的机械稳固性，极为重要。
团队的实验亦展示了碲纳米网的多功能应用的可能性，包括微米级图案的生成丶高迁移率晶体管的制造，以及在纸上制成响应快速和敏感的红外线探测器（光响应时间少於3微秒）。
（图片来源：Meng, Y. et al, https://www.nature.com/articles/s41467-023-38090-8）
何教授说：「我们於实验里制成的器件的所有指标与数据，均与现时最先进的同类器件不相伯仲，但制造成本更低。它们极具潜力，可应付新兴技术的需求。」他续说：「这次研究成果改善了纳米网的传输和光电性能，也解决了对目标器件基材和纳米网生长过程的兼容性问题的忧虑。因此，这些器件将可通过具成本效益的方法，在各种技术功能基面上，大规模地制造。」
上述研究成果已於科学期刊《自然通讯》（Nature Communications）上发表，标题为〈Van der Waals nanomesh electronics on arbitrary surfaces〉。
论文的第一作者是城大材料科学及工程学系博士後孟优博士和李晓翠博士。通讯作者是何教授丶城大理学院副院长（拓展及国际事务）兼化学系副教授黄骏弦博士，以及中国科学院长春光学精密机械与物理研究所副教授王飞博士。其他合作的学者包括城大材料科学及工程学系陈福荣教授，以及来自九州大学丶中国电子科技大学丶郑州大学和北京工业大学的研究人员。
今次研究得到了香港研究资助局和香港城大的资助，以及高时空分辨电子显微中心和香港城大的透射电子显微镜（TEM）设施的协助。