Το τριοξείδιο του μολυβδαινίου (MoO3) έχει δυναμικό ως σημαντικό δισδιάστατο (2-D) υλικό, αλλά η μαζική του κατασκευή έχει μείνει πίσω από αυτή άλλων στην κατηγορία του. Τώρα, οι ερευνητές στο A*STAR έχουν αναπτύξει μια απλή μέθοδο για τη μαζική παραγωγή εξαιρετικά λεπτών, υψηλής ποιότητας νανοφύλλων MoO3.

Μετά την ανακάλυψη του γραφενίου, άλλα δισδιάστατα υλικά, όπως τα διχαλκογονίδια μετάλλων μετάπτωσης, άρχισαν να προσελκύουν μεγάλη προσοχή. Ειδικότερα, το MoO3 αναδείχθηκε ως ένα σημαντικό 2-D ημιαγώγιμο υλικό λόγω των αξιοσημείωτων ηλεκτρονικών και οπτικών ιδιοτήτων του που υπόσχονται μια σειρά νέων εφαρμογών στην ηλεκτρονική, την οπτοηλεκτρονική και την ηλεκτροχρωμική.

Ο Liu Hongfei και οι συνεργάτες του από το A*STAR Institute of Materials Research and Engineering και το Institute of High Performance Computing προσπάθησαν να αναπτύξουν μια απλή τεχνική για τη μαζική παραγωγή μεγάλων, υψηλής ποιότητας νανοφύλλων MoO3 που είναι εύκαμπτα και διαφανή.

«Ατομικά λεπτά νανοφύλλα τριοξειδίου του μολυβδαινίου έχουν νέες ιδιότητες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε μια σειρά ηλεκτρονικών εφαρμογών», λέει ο Liu. «Αλλά για να παραχθούν νανοφύλλα καλής ποιότητας, ο μητρικός κρύσταλλος πρέπει να είναι πολύ υψηλής καθαρότητας».

Χρησιμοποιώντας αρχικά μια τεχνική που ονομάζεται θερμική μεταφορά ατμών, οι ερευνητές εξάτμισαν τη σκόνη MoO3 σε έναν κλίβανο σωλήνων στους 1.000 βαθμούς Κελσίου. Στη συνέχεια, μειώνοντας τον αριθμό των θέσεων πυρήνωσης, θα μπορούσαν να ταιριάζουν καλύτερα με τη θερμοδυναμική κρυστάλλωση του MoO3 για να παράγουν κρυστάλλους υψηλής ποιότητας στους 600 βαθμούς Κελσίου χωρίς την ανάγκη για συγκεκριμένο υπόστρωμα.

«Γενικά, η ανάπτυξη των κρυστάλλων σε υψηλές θερμοκρασίες επηρεάζεται από το υπόστρωμα», εξηγεί ο Liu. «Ωστόσο, ελλείψει σκόπιμου υποστρώματος θα μπορούσαμε να ελέγξουμε καλύτερα την ανάπτυξη των κρυστάλλων, επιτρέποντάς μας να αναπτύξουμε κρυστάλλους τριοξειδίου του μολυβδαινίου υψηλής καθαρότητας και ποιότητας».

Μετά την ψύξη των κρυστάλλων σε θερμοκρασία δωματίου, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μηχανική και υδατική απολέπιση για να παράγουν ιμάντες πάχους υπομικρού από κρυστάλλους MoO3. Μόλις υπέβαλαν τις ζώνες σε υπερήχους και φυγοκέντρηση, μπόρεσαν να παράγουν μεγάλα, υψηλής ποιότητας νανοφύλλα MoO3.

Η εργασία παρείχε νέες γνώσεις σχετικά με τις ηλεκτρονικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των επιπέδων των νανοφύλλων 2-D MoO3. Οι τεχνικές ανάπτυξης κρυστάλλων και απολέπισης που αναπτύχθηκαν από την ομάδα θα μπορούσαν επίσης να βοηθήσουν στον χειρισμό του κενού ζώνης - και επομένως των οπτοηλεκτρονικών ιδιοτήτων - των 2-D υλικών με το σχηματισμό 2-D ετεροενώσεων.

«Προσπαθούμε τώρα να κατασκευάσουμε νανοφύλλα 2-D MoO3 με μεγαλύτερες επιφάνειες, καθώς και να διερευνήσουμε την πιθανή χρήση τους σε άλλες συσκευές, όπως αισθητήρες αερίων», λέει ο Liu.