基于范德华力定向转移技术实现纳米材料在单壁碳纳米管上的清洁高效转移

为解决纳米材料转移过程中易受污染和损伤的难题，中国科学院金属研究所团队开发出基于单壁碳纳米管(SWCNTs)范德华力定向转移(VWDT)新技术，成功实现零维(0D)金/银纳米颗粒和二维(2D)MoS2/石墨烯的清洁转移，并构建出光电流提升8倍的光电探测器。该研究为纳米材料本征特性表征和器件制备提供了创新方法。

　　

在纳米科技迅猛发展的今天，各类具有独特结构的零维(0D)、一维(1D)和二维(2D)纳米材料在生物医学、光电探测和能源催化等领域展现出巨大潜力。然而这些材料通常生长在硅片或金属箔等基底上，要进行精确的结构表征和器件制备，必须将其转移到特定基底。传统的高分子辅助转移方法需要用到聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等有机介质，不仅会残留污染物，高温固化过程还可能破坏材料结构。虽然已有研究尝试用异丙醇替代蚀刻液来转移石墨烯，但复杂的三步转移流程对零维材料束手无策。这些技术瓶颈严重阻碍了纳米材料的本征特性研究和实际应用。

针对这一关键科学问题，中国科学院金属研究所Yi-Ming Zhao团队在《Nano Materials Science》发表创新成果，开发出基于单壁碳纳米管(SWCNTs)范德华力(VW)的定向转移(VWDT)技术。研究人员采用浮动催化剂化学气相沉积法制备SWCNT薄膜，通过直接压印生长纳米材料的基底，利用SWCNT强大的范德华力吸附纳米材料，再蚀刻移除基底，实现纳米材料的无损转移。

主要技术方法

研究团队通过磁控溅射在SiO₂/Si基底制备Au/Ag纳米颗粒，从商业渠道获取生长在铜箔上的石墨烯和SiO₂/Si基底的MoS₂单晶。采用激光拉曼光谱、高分辨透射电镜(HRTEM)、原子力显微镜(AFM)和紫外-可见-近红外光谱等手段表征材料特性，构建基于SWCNT/Au杂化膜的测辐射热计型光电探测器，使用半导体分析仪测试光电响应。

1. The VWDT方法

厚度约50nm的SWCNT薄膜具有84.69%的透光率和88.7Ω/□的方块电阻。如图1所示，该方法通过SWCNT网络与纳米材料间的范德华力实现吸附转移，成功将Au纳米颗粒转移到石英、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)框架和钼微栅等不同基底。

2. 零维材料转移

SEM和AFM显示转移后的Au纳米颗粒保持原始尺寸(5-10nm)和形貌。HRTEM观察到清晰的Au晶格条纹，EDS图谱仅显示Au、C和Mo信号，证明无污染引入。相比传统PMMA转移导致的颗粒团聚和残留，VWDT展现出显著优势。该方法同样适用于Ag纳米颗粒的清洁转移。

3. 二维材料转移

三角形MoS₂单晶转移后保持完整形态，拉曼特征峰(E_2g¹和A_1g)未发生位移。AFM显示MoS₂与SWCNT紧密结合，HRTEM可清晰观测到MoS₂晶格。XPS分析证实VWDT转移的样品几乎不含O-C=O官能团残留。直径达80mm的大面积石墨烯薄膜也可实现完整转移。

4. 基于SWCNT/Au杂化膜的光电探测器

构建的柔性透明探测器在750nm激光(3mW)下获得23.04μA光电流，是纯SWCNT器件的8倍。这归因于Au纳米颗粒的等离子体共振增强光吸收，以及其桥接SWCNT束降低接触电阻(方块电阻从49降至37Ω/□)。而磁控溅射直接制备的SWCNT/Au杂化膜因SWCNT损伤导致性能骤降，凸显VWDT保持结构完整的优势。

研究结论与展望

该研究建立的VWDT技术突破了传统转移方法的局限，首次实现零维和二维纳米材料的无损清洁转移。SWCNT的网络结构不仅为TEM表征提供理想载体，其与各类纳米材料构建的杂化体系更展现出优异的器件性能。未来若能开发SWCNT的无损去除方法，将进一步拓展该技术的应用范围。这项工作为纳米材料的精准表征和功能器件研制提供了全新解决方案，对推动纳米科技发展具有重要意义。