Molibdenum trioksida (MoO3) memiliki potensi sebagai material dua dimensi (2-D) yang penting, namun produksi massalnya masih tertinggal dibandingkan material lain di kelasnya. Kini, para peneliti di A*STAR telah mengembangkan metode sederhana untuk memproduksi lembaran nano MoO3 yang sangat tipis dan berkualitas tinggi secara massal.

Setelah penemuan graphene, material 2-D lainnya seperti logam transisi di-chalcogenides, mulai menarik banyak perhatian. Secara khusus, MoO3 muncul sebagai bahan semikonduktor 2-D yang penting karena sifat elektronik dan optiknya yang luar biasa sehingga menjanjikan berbagai aplikasi baru dalam bidang elektronik, optoelektronik, dan elektrokromik.

Liu Hongfei dan rekannya dari A*STAR Institute of Materials Research and Engineering dan Institute of High Performance Computing telah berupaya mengembangkan teknik sederhana untuk memproduksi massal nanosheet MoO3 berukuran besar dan berkualitas tinggi yang fleksibel dan transparan.

“Lembar nano molibdenum trioksida yang sangat tipis secara atom memiliki sifat baru yang dapat digunakan dalam berbagai aplikasi elektronik,” kata Liu. “Tetapi untuk menghasilkan nanosheet berkualitas baik, kristal induk harus memiliki kemurnian yang sangat tinggi.”

Dengan terlebih dahulu menggunakan teknik yang disebut transportasi uap termal, para peneliti menguapkan bubuk MoO3 dalam tungku tabung bersuhu 1.000 derajat Celcius. Kemudian, dengan mengurangi jumlah lokasi nukleasi, mereka dapat lebih menyesuaikan kristalisasi termodinamika MoO3 untuk menghasilkan kristal berkualitas tinggi pada suhu 600 derajat Celcius tanpa memerlukan substrat tertentu.

“Secara umum, pertumbuhan kristal pada suhu tinggi dipengaruhi oleh substrat,” jelas Liu. “Namun, dengan tidak adanya substrat yang disengaja, kami dapat mengontrol pertumbuhan kristal dengan lebih baik, memungkinkan kami menumbuhkan kristal molibdenum trioksida dengan kemurnian dan kualitas tinggi.”

Setelah mendinginkan kristal hingga suhu kamar, para peneliti menggunakan pengelupasan mekanis dan air untuk menghasilkan sabuk kristal MoO3 setebal submikron. Setelah mereka melakukan sonikasi dan sentrifugasi pada sabuk, mereka mampu menghasilkan lembaran nano MoO3 yang besar dan berkualitas tinggi.

Pekerjaan ini telah memberikan wawasan baru ke dalam interaksi elektronik antar lapisan nanosheet MoO3 2-D. Teknik pertumbuhan kristal dan pengelupasan kulit yang dikembangkan oleh tim juga dapat membantu dalam memanipulasi celah pita—dan juga sifat optoelektronik—dari bahan 2-D dengan membentuk heterojungsi 2-D.

“Kami sekarang mencoba membuat nanosheet MoO3 2-D dengan area yang lebih luas, serta menjajaki potensi penggunaannya pada perangkat lain, seperti sensor gas,” kata Liu.