למוליבדן טריאוקסיד (MoO3) יש פוטנציאל כחומר דו-ממדי (2-D) חשוב, אך ייצורו בתפזורת פיגר מאחורי זה של אחרים במעמד שלו. כעת, חוקרים ב-A*STAR פיתחו שיטה פשוטה לייצור המוני של גליונות ננו-MoO3 דקים ואיכותיים במיוחד.

בעקבות גילוי הגרפן, חומרים דו-ממדיים אחרים כמו די-כלקוגנידים של מתכת מעבר, החלו למשוך תשומת לב רבה. בפרט, MoO3 הופיע כחומר מוליך למחצה דו-ממדי חשוב בגלל המאפיינים האלקטרוניים והאופטיים המדהימים שלו, המבטיחים מגוון של יישומים חדשים באלקטרוניקה, אופטו-אלקטרוניקה ואלקטרוכרומיה.

Liu Hongfei ועמיתיו ממכון A*STAR למחקר והנדסת חומרים ומהמכון למחשוב ביצועים גבוהים ביקשו לפתח טכניקה פשוטה לייצור המוני של ננו-גליונות גדולים ואיכותיים של MoO3 שהם גמישים ושקופים.

"לגליונות ננו דקים מבחינה אטומית של מוליבדן טריאוקסיד יש תכונות חדשות שניתן להשתמש בהן במגוון יישומים אלקטרוניים", אומר ליו. "אבל כדי לייצר ננו-יריעות באיכות טובה, גביש האב חייב להיות בטוהר גבוה מאוד."

על ידי שימוש תחילה בטכניקה הנקראת הובלה תרמית של אדים, החוקרים התאידו אבקת MoO3 בתנור צינור ב-1,000 מעלות צלזיוס. לאחר מכן, על ידי הפחתת מספר אתרי הגרעין, הם יכולים להתאים טוב יותר את ההתגבשות התרמודינמית של MoO3 כדי לייצר גבישים באיכות גבוהה ב-600 מעלות צלזיוס ללא צורך במצע ספציפי.

"באופן כללי, צמיחת גבישים בטמפרטורות גבוהות מושפעת מהמצע", מסביר ליו. "עם זאת, בהיעדר מצע מכוון נוכל לשלוט טוב יותר בצמיחת הגבישים, מה שיאפשר לנו לגדל גבישי מוליבדן טריאוקסיד בעלי טוהר ואיכות גבוהים."

לאחר קירור הגבישים לטמפרטורת החדר, החוקרים השתמשו בפילינג מכני ומימי כדי לייצר חגורות בעובי של תת-מיקרון של גבישי MoO3. ברגע שהם הכפיפו את החגורות למכשירי קול וצנטריפוגה, הם הצליחו לייצר ננו-גליונות MoO3 גדולים ואיכותיים.

העבודה סיפקה תובנות חדשות לגבי האינטראקציות האלקטרוניות הבין-שכבתיות של גליונות ננו דו-ממדיים MoO3. טכניקות הצמיחה והפילינג של הגבישים שפותחו על ידי הצוות יכולות גם להועיל במניפולציה של פער הלהקה - ולכן המאפיינים האופטואלקטרוניים - של חומרים דו-ממדיים על ידי יצירת הטרוג'נקציות דו-ממדיות.

"אנו מנסים כעת לייצר גליונות ננו דו-ממדיים MoO3 עם שטחים גדולים יותר, כמו גם בוחנים את השימוש הפוטנציאלי שלהם במכשירים אחרים, כגון חיישני גז", אומר ליו.