朗基梯度仪

石墨烯等二维材料的载流子迁移率高、光-物质相互作用强、物性调控能力优，在高带宽光电子器件领域具有重要的科学价值和广阔的应用前景。当前，发展与主流半导体硅工艺兼容的二维材料集成技术受到业内广泛关注，其中首要的挑战是将二维材料从其生长基底高效转移到目标晶圆衬底上。然而，传统的高分子辅助转移技术通常会在二维材料表面引入破损、皱褶、污染及掺杂，严重影响了二维材料的光电性质和器件性能。因此，实现晶圆级二维材料的无损、平整、洁净、少掺杂转移是二维材料面向集成光电子器件应用亟待解决的关键问题。　　针对这一难题，北京大学化学与分子工程学院彭海琳课题组与国防科技大学秦石乔、朱梦剑课题组合作，设计了一种梯度表面能调控（gradient surface energy modulation）的复合型转移媒介，可控调节转移过程中的表界面能，保证了晶圆级超平整石墨烯向目标衬底（SiO2/Si、蓝宝石）的干法贴合与无损释放，得到了晶圆级无损、洁净、少掺杂均匀的超平整石墨烯薄膜，展示了均匀的高迁移率器件输运性质，观测到室温量子霍尔效应及分数量子霍尔效应，并构筑了4英寸晶圆级石墨烯热电子发光阵列器件，在近红外波段表现出显著的辐射热效应。该转移方法具有普适性，也适用于其它晶圆级二维材料（如氮化硼）的转移。研究成果以“Integrated wafer-scale ultra-flat graphene by gradient surface energy modulation”为题，于9月15日在线发表在《自然-通讯》（Nature Communications 2022, 13, 5410）。　　文章指出，二维薄膜材料从一表面到另一表面的转移行为主要由不同表界面间的能量差异决定。衬底的表面能越大，对二维薄膜有更好的浸润性及更强的附着能，更适合作为薄膜转移时的“接受体”；反之，衬底的表面能越小，其更适合作为薄膜转移时的“释放体”。因此，作者设计制备了表面能梯度分布的转移媒介【如图1，聚二甲基硅氧烷(PDMS)/PMMA/冰片】，其中冰片小分子层吸附在石墨烯表面，有效降低了石墨烯的表面能，保证石墨烯向目标衬底贴合过程中，衬底的表面能远大于石墨烯的表面能，进而实现良好的干法贴合；另一方面，转移媒介上层的PDMS高分子膜具备最小的表面能，能够实现石墨烯的无损释放。此外，该转移方法还有以下特点：PDMS作为支撑层可以实现石墨烯向目标衬底的干法贴合，减少界面水氧掺杂；容易挥发的冰片作为小分子缓冲层能有效避免上层PMMA高分子膜对石墨烯的直接接触和残留物污染，得到洁净的石墨烯表面；高分子PMMA层的刚性使得石墨烯转移后依旧保持超平整的特性。图1 晶圆级二维材料的梯度表面能调控转移方法　　基于梯度表面能调控转移的石墨烯薄膜具备无损、洁净、少掺杂、超平整等特性，展现出非常优异的物理化学性质（如图2）。转移后4英寸石墨烯晶圆的完整度高达99.8%，电学均匀性较好，4英寸范围内面电阻的标准偏差仅为6%（655 ± 39 Ω/sq）。转移到SiO2/Si衬底上石墨烯的室温载流子迁移率能够达到10000 cm2/Vs，并且能够观测到室温量子霍尔效应以及分数量子霍尔效应（经氮化硼封装，1.7K）。基于SiO2/Si衬底上4英寸石墨烯晶圆，成功构筑了热电子发光阵列器件，在较低的电功率密度下（P = 7.7 kW/cm2）能够达到较高的石墨烯晶格温度（750K），并在近红外波段表现出显著的辐射热效应（如图3）。　　图2 梯度表面能调控转移的石墨烯晶圆。（a）无损转移到SiO2/Si衬底上高完整度4英寸石墨烯晶圆；（b）超平整石墨烯与粗糙石墨烯褶皱数目的对比（5×5 μm2范围内）及典型的原子力显微镜图片对比（内嵌图）；（c）转移后4英寸石墨烯晶圆的面电阻；（d）梯度表面能调控与传统湿法转移的石墨烯的电学转移曲线对比；（e）转移到SiO2/Si上的石墨烯在不同温度下的霍尔曲线及室温量子霍尔效应；（f）转移后石墨烯（氮化硼封装，1.7 K）的朗道扇形图，表现出分数量子霍尔效应。　　图3 晶圆级石墨烯热电子发光阵列器件。（a）石墨烯热电子发光示意图；（b）基于4英寸晶圆石墨烯的热电子发光阵列；（c）石墨烯热电子发光阵列的光学显微镜照片；（d）器件在电功率密度为3.0 kW/cm2时的红外照片；（e）器件在不同电功率密度下的辐射光谱；（f）石墨烯晶格温度随电功率密度的变化。　　此外，梯度表面能调控转移方法可作为晶圆级二维材料（石墨烯、氮化硼、二硫化钼等）向工业晶圆转移的通用方法，有望为高性能光电子器件的集成奠定技术基础。　　该论文的共同通讯作者为北京大学彭海琳教授和国防科技大学秦石乔教授、朱梦剑副研究员。共同第一作者是北京大学前沿交叉学科研究院博士研究生高欣、北京大学化学学院博士毕业生郑黎明、国防科技大学前沿交叉学科学院罗芳博士、北京大学化学学院博雅博士后钱君。其他主要合作者还包括北京大学化学学院刘忠范教授、北京大学材料学院林立特聘研究员、北京石墨烯研究院尹建波研究员和孙禄钊研究员、及长春工业大学高光辉教授等。　　该研究工作得到了国家自然科学基金委、科技部、北京分子科学国家研究中心、腾讯基金会等项目资助，并得到了北京大学化学与分子工程学院分子材料与纳米加工实验室（MMNL）仪器平台的支持。　　原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-33135-w

梯度稀释是微生物实验中的常规操作，在食品安全、生化医药，环境监测，卫生防疫，农业研究等领域都有广泛的应用需求。 微生物实验操作中最繁琐的步骤就是样品的稀释，需要实验人员的反复的加液振荡混合直到标准所需，人为的操作循环重复，也容易带来比较大的样品误差，给微生物工作者带来了太多的烦恼。您辛苦了！ 不过，现在有Tiya梯度稀释仪来帮您解围了！工作原理 参照传统人工稀释操作过程，遵循国家标准，恒奥科技以专业无菌操作理念打造出了自动化梯度稀释设备。 加注稀释液--加样--原位混匀--取换枪头--连续稀释，整个过程“一键搞定”。自动识别管位，操作简捷，上样连续可选，扩展功能丰富。特点 ※ 机型体积小巧，方便安装于层流超净工作台或局部百级净化区，也可自带FFU百级净化单元，动作幅度小，减少操作中空气扰动，避免污染。 ※开机自动校准注稀释液量（9mL、4.5mL），注液准确度有保证。高精密度注射泵样品移液，取液量1mL或0.5mL可选，确保一致性。 ※自动替换枪头，液体接触管路及部件均可灭菌消毒，保证稀释过程安全无菌，符合国家标准。 ※高效率样品稀释，无样品限量，每梯度稀释平均参考时间为15s，有效缩短实验时间。专利的原位混匀技术和专利防溅出试管设计，保证混匀过程一致有效，实现混匀样品的同时也防止交叉污染。 ※信息溯源：可储存5种稀释方案，人机交换操作方便明确，自动留存样品及操作人信息，可通过USB接口导出，方便追溯。配套专利试管 玻璃材质，可重复使用；按需提供，保证实验速度。也可选配经济型一次性试管（PP），免去清洗步骤，实验准备更快捷。应用实例1. 疾控系统及三方检测用于消毒剂杀菌实验中的梯度稀释。（消毒技术规范-2002版）2. 食品微生物检测中对样品液的稀释（平皿法和MPN法）。也可应用在益生菌生产过程中的相关检测。（GB 4789.2-2016 GB 4789.3-2016 等）3. 国家药典2020版四部通则中《1108中药饮片微生物梯度检查法》规定的样品稀释过程。4. 对于较高粘样品的样品梯度稀释，有专用的多次混合和清洗枪头程序可选择。（GB/T16347-1996)5. 环境卫生检测用于各种水质的微生物污染环境实验中。(GB 5750-2006)6. 该装置亦可根据用户需求定制扩展功能，用于样品转移，配比，稀释等。

Eppendorf授权德国Peqlab公司（Peqlab Biotechnologie GmbH）使用其PCR梯度专利技术，授权内容包含了美国专利号为6767512 和7074367的专利。这些专利技术目前已经被用于Eppendorf Mastercycler pro gradient梯度PCR仪和Mastercycler nexus gradient梯度PCR仪上。 Eppendorf梯度PCR仪具有SteadySlope 梯度技术，确保在梯度操作和普通操作时升温和降温的速率完全一致，从而使优化实验和常规实验具有相同的温度控制特性，保证了优化结果向常规应用的可靠转移。 PEQLAB Biotechnologie GmbH位于德国Erlangen，是一家致力于生命科学行业设备、试剂和耗材的研发、生产和销售的企业。 Eppendorf官方微博：http://weibo.com/eppendorfchina Eppendorf中文官网：http://www.eppendorf.cn 关于艾本德(Eppendorf) 德国艾本德股份公司于1945年在德国汉堡成立，是一家全球领先的生物技术公司。产品包括移液器、分液器和离心机，以及微量离心管和移液吸头等耗材，此外还提供从事细胞显微操作的仪器和耗材、全自动移液系统、DNA扩增的全套仪器。产品主要应用于科研、商业化的研发机构、生物技术公司以及其他从事相关生物研究的领域。2007年Eppendorf收购美国New Brunswick Scientific (NBS) 公司，2012年Eppendorf收购德国DASGIP公司，拓展了其细胞培养领域的产品线。 关于艾本德中国(Eppendorf China Ltd.) 2003年Eppendorf正式进入中国，分别在北京、广州设立分公司，启动直销的经营模式，为中国客户提供更便捷的技术售后服务。目前全国雇员数量近200名，产品销售覆盖各大中型城市，是Eppendorf全球发展最快的子公司。