Molybdentrioksid (MoO3) har potensial som et viktig todimensjonalt (2-D) materiale, men bulkproduksjonen har ligget bak andre i sin klasse. Nå har forskere ved A*STAR utviklet en enkel metode for masseproduksjon av ultratynne MoO3 nanoark av høy kvalitet.

Etter oppdagelsen av grafen begynte andre 2D-materialer som overgangsmetall di-kalkogenider å tiltrekke seg betydelig oppmerksomhet. Spesielt dukket MoO3 opp som et viktig 2-D halvledende materiale på grunn av dets bemerkelsesverdige elektroniske og optiske egenskaper som lover en rekke nye applikasjoner innen elektronikk, optoelektronikk og elektrokromikk.

Liu Hongfei og kolleger fra A*STAR Institute of Materials Research and Engineering og Institute of High Performance Computing har forsøkt å utvikle en enkel teknikk for masseproduksjon av store, høykvalitets nanoark av MoO3 som er fleksible og gjennomsiktige.

"Atomisk tynne nanoark av molybdentrioksid har nye egenskaper som kan brukes i en rekke elektroniske applikasjoner," sier Liu. "Men for å produsere nanoark av god kvalitet, må moderkrystallen være av svært høy renhet."

Ved først å bruke en teknikk kalt termisk damptransport, fordampet forskerne MoO3-pulver i en rørovn ved 1000 grader Celsius. Deretter, ved å redusere antall kjernedannelsessteder, kunne de bedre matche den termodynamiske krystalliseringen av MoO3 for å produsere høykvalitetskrystaller ved 600 grader Celsius uten behov for et spesifikt substrat.

"Generelt påvirkes krystallvekst ved høye temperaturer av underlaget," forklarer Liu. "Men i fravær av et tilsiktet substrat kunne vi bedre kontrollere krystallveksten, slik at vi kan dyrke molybdentrioksidkrystaller av høy renhet og kvalitet."

Etter avkjøling av krystallene til romtemperatur, brukte forskerne mekanisk og vandig peeling for å produsere submikrontykke belter av MoO3-krystaller. Når de utsatte beltene for sonikering og sentrifugering, var de i stand til å produsere store MoO3 nanoark av høy kvalitet.

Arbeidet har gitt ny innsikt i mellomlags elektroniske interaksjoner av 2-D MoO3 nanoark. Krystallvekst- og eksfolieringsteknikkene utviklet av teamet kan også være nyttige for å manipulere båndgapet – og dermed de optoelektroniske egenskapene – til 2D-materialer ved å danne 2D-heterojunctions.

"Vi prøver nå å lage 2D MoO3 nanoark med større områder, i tillegg til å utforske deres potensielle bruk i andre enheter, for eksempel gasssensorer," sier Liu.