云母纳米片与硅基底之间吸附能的鼓泡测量
二维材料的层间吸附力，或是与基底之间的吸附力会显著影响到其制备、转移、组装和功能化器件的性能。尤其是，基于二维材料的柔性电子器件在使用中，由于反复弯曲折叠或是环境温度、湿度等的变化使得二维材料可能与界面相脱离，从而导致其性能不稳定或者完全失效。因此，为确保设备的可靠性，测量二维材料与基底之间的吸附就显得尤为重要。
云母纳米片(MNL)是一种二维介电薄膜，具有较高的介电常数与极为平整的表面，以及出色的化学和热稳定性，这些特性使MNL成为近乎完美的介电材料。纳米颗粒辅助的鼓泡法，是通过将纳米膜(片)覆盖在基底表面的纳米颗粒上，形成由纳米颗粒支撑的鼓泡，并通过鼓泡的形变来测量超薄膜与基底之间黏附能的一种新方法。这种新方法的测试过程相对复杂，且非常耗时。因此，建立一种简易的测试方法，来快速测量MNL与基底之间的界面吸附能是非常有必要的。在汉斯出版社《材料科学》期刊中，有学者将通过纳米颗粒辅助的鼓泡法，借助OM和AFM对鼓泡的干涉图样、几何轮廓和膜厚进行观测和测量，计算MNL与Si基底之间的界面吸附能，并分析和讨论其测量结果。
将微量直径为0.1~2μm的SiO2的球形胶体球(纯度>99.9%)放于无水乙醇(95%)中，采用超声波分散30min；把含有SiO2颗粒的乙醇溶液滴在单晶(100)Si片，自然风干后再采用等离子机清洗表面的污渍约20~30min。
MNL是通过机械剥离的方法制备，并采用干转移法覆盖在Si片表面的。具体过程如下：(1)将黏性相对较低、表面平整光洁、透光性好的日本日东NITTO(448S)胶带，贴附在云母基底表面，并尽可能排除胶带与云母片之间的气泡。通常将胶带剪5~6小片，然后依次贴附在云母片上，因为较厚的胶带在剥离云母片时产生的形变量更小，更易剥离出完整度高的大面积MNL。(2)将胶带从云母基底撕开，在胶带上获得MNL；然后通过胶带对折和撕离方式，来调整胶带表面上的MNL的厚度。(3)将粘附有MNL的胶带贴附在带有SiO2颗粒的Si片上并尽可能去除中间的气泡，撕去胶带后在Si片上获得由SiO2颗粒顶起来鼓泡。鼓泡在制备过程中实验室温度为15℃，相对湿度约60%。(4)通过OM(Objectives:Mitutoyo M Plan APO500×)观察鼓泡的形貌和位置，通过AFM(Oxford Instruments Asylum Research, California, USA)对鼓泡的形貌和对应的MNL厚度进行表征。
采用纳米颗粒支撑的鼓泡法，在大气环境下测量了MNL与Si基底之间的吸附能。所获得的实验测量值42.9±8.9mJ/m2。这可能是因为本文中所采用的制样方法非常快捷，能基本排除空气中的水蒸气对测试结果的影响。同时，本文通过对照实验发现，在纳米颗粒与MNL的厚度大致相当时，通过板理论来计算吸附能比较准确；但是当颗粒比较大的时候，通过板理论获得的吸附能计算值将被低估。本文的测试结果不仅为MNL与Si基底吸附能提供了可靠的实验测量结果，为相关的微纳电子器件提供了重要的设计参数，而且对提高鼓泡法的可靠性和准确性具有非常重要的参考意义。
文章链接：https://doi.org/10.12677/MS.2021.115059