Molybdæntrioxid (MoO3) har potentiale som et vigtigt todimensionelt (2-D) materiale, men dets bulkfremstilling har haltet bagefter andre i sin klasse. Nu har forskere ved A*STAR udviklet en enkel metode til masseproduktion af ultratynde MoO3 nanoark af høj kvalitet.

Efter opdagelsen af ​​grafen begyndte andre 2-D materialer såsom overgangsmetal di-chalcogenider at tiltrække betydelig opmærksomhed. Især MoO3 dukkede op som et vigtigt 2-D halvledende materiale på grund af dets bemærkelsesværdige elektroniske og optiske egenskaber, der lover en række nye applikationer inden for elektronik, optoelektronik og elektrokromik.

Liu Hongfei og kolleger fra A*STAR Institute of Materials Research and Engineering og Institute of High Performance Computing har forsøgt at udvikle en simpel teknik til masseproduktion af store, højkvalitets nanoark af MoO3, der er fleksible og gennemsigtige.

"Atomisk tynde nanoplader af molybdæntrioxid har nye egenskaber, som kan bruges i en række elektroniske applikationer," siger Liu. "Men for at producere nanoark af god kvalitet skal moderkrystallen være af meget høj renhed."

Ved først at bruge en teknik kaldet termisk damptransport inddampede forskerne MoO3-pulver i en rørovn ved 1.000 grader Celsius. Derefter, ved at reducere antallet af nukleationssteder, kunne de bedre matche den termodynamiske krystallisation af MoO3 for at producere højkvalitetskrystaller ved 600 grader Celsius uden behov for et specifikt substrat.

"Generelt er krystalvækst ved forhøjede temperaturer påvirket af substratet," forklarer Liu. "Men i mangel af et tilsigtet substrat kunne vi bedre kontrollere krystalvæksten, hvilket giver os mulighed for at dyrke molybdæntrioxidkrystaller af høj renhed og kvalitet."

Efter afkøling af krystallerne til stuetemperatur brugte forskerne mekanisk og vandig eksfoliering til at producere submikrontykke bælter af MoO3-krystaller. Når de udsatte bælterne for sonikering og centrifugering, var de i stand til at producere store MoO3 nanoark af høj kvalitet.

Arbejdet har givet ny indsigt i mellemlags elektroniske interaktioner af 2-D MoO3 nanoark. Krystalvækst- og eksfolieringsteknikkerne udviklet af teamet kan også være nyttige til at manipulere båndgabet - og derfor de optoelektroniske egenskaber - af 2-D materialer ved at danne 2-D heterojunctions.

"Vi forsøger nu at fremstille 2-D MoO3 nanoark med større områder, såvel som at udforske deres potentielle brug i andre enheder, såsom gassensorer," siger Liu.