Molibdenum trioksida (MoO3) mempunyai potensi sebagai bahan dua dimensi (2-D) yang penting, tetapi pembuatan pukalnya telah ketinggalan berbanding yang lain dalam kelasnya. Kini, penyelidik di A*STAR telah membangunkan kaedah mudah untuk menghasilkan helaian nano MoO3 ultranipis dan berkualiti tinggi secara besar-besaran.

Berikutan penemuan graphene, bahan 2-D lain seperti logam peralihan di-chalcogenides, mula menarik perhatian yang besar. Khususnya, MoO3 muncul sebagai bahan semikonduktor 2-D yang penting kerana sifat elektronik dan optiknya yang luar biasa yang menjanjikan pelbagai aplikasi baharu dalam elektronik, optoelektronik dan elektrokromik.

Liu Hongfei dan rakan-rakan dari Institut Penyelidikan dan Kejuruteraan Bahan A*STAR dan Institut Pengkomputeran Berprestasi Tinggi telah berusaha untuk membangunkan teknik mudah untuk menghasilkan besar-besaran, helaian nano MoO3 berkualiti tinggi yang fleksibel dan telus.

"Lembaran nano molibdenum trioksida yang nipis secara atom mempunyai sifat baru yang boleh digunakan dalam pelbagai aplikasi elektronik," kata Liu. "Tetapi untuk menghasilkan nanosheet berkualiti baik, kristal induk mestilah mempunyai ketulenan yang sangat tinggi."

Dengan terlebih dahulu menggunakan teknik yang dipanggil pengangkutan wap terma, para penyelidik menyejat serbuk MoO3 dalam relau tiub pada 1,000 darjah Celsius. Kemudian, dengan mengurangkan bilangan tapak nukleasi, mereka boleh memadankan dengan lebih baik penghabluran termodinamik MoO3 untuk menghasilkan kristal berkualiti tinggi pada 600 darjah Celsius tanpa memerlukan substrat tertentu.

"Secara amnya, pertumbuhan kristal pada suhu tinggi dipengaruhi oleh substrat," jelas Liu. "Walau bagaimanapun, jika tiada substrat yang disengajakan, kami boleh mengawal pertumbuhan kristal dengan lebih baik, membolehkan kami mengembangkan kristal molibdenum trioksida dengan ketulenan dan kualiti yang tinggi."

Selepas menyejukkan kristal ke suhu bilik, para penyelidik menggunakan pengelupasan mekanikal dan akueus untuk menghasilkan tali pinggang tebal submikron bagi kristal MoO3. Sebaik sahaja mereka meletakkan tali pinggang kepada sonication dan sentrifugasi, mereka dapat menghasilkan nanosheet MoO3 yang besar dan berkualiti tinggi.

Kerja ini telah memberikan pandangan baharu tentang interaksi elektronik interlayer bagi helaian nano 2-D MoO3. Teknik pertumbuhan kristal dan pengelupasan yang dibangunkan oleh pasukan juga boleh membantu dalam memanipulasi jurang jalur—dan oleh itu sifat optoelektronik—bahan 2-D dengan membentuk heterojunction 2-D.

"Kami kini cuba membuat helaian nano 2-D MoO3 dengan kawasan yang lebih besar, serta meneroka potensi penggunaannya dalam peranti lain, seperti penderia gas," kata Liu.