Trójtlenek molibdenu (MoO3) ma potencjał jako ważny materiał dwuwymiarowy (2-D), ale jego produkcja masowa pozostaje w tyle za innymi materiałami w tej klasie. Teraz badacze z A*STAR opracowali prostą metodę masowej produkcji ultracienkich, wysokiej jakości nanocząstek MoO3.

Po odkryciu grafenu znaczną uwagę zaczęły przyciągać inne materiały 2D, takie jak dichalkogenki metali przejściowych. W szczególności MoO3 okazał się ważnym materiałem półprzewodnikowym 2D ze względu na jego niezwykłe właściwości elektroniczne i optyczne, które mogą znaleźć szereg nowych zastosowań w elektronice, optoelektronice i elektrochromii.

Liu Hongfei i współpracownicy z Instytutu Badań i Inżynierii Materiałowej A*STAR oraz Instytutu Obliczeń Wielkiej Skali starali się opracować prostą technikę masowej produkcji dużych, wysokiej jakości nanocząstek MoO3, które są elastyczne i przezroczyste.

„Atomowo cienkie nanoarkusze trójtlenku molibdenu mają nowatorskie właściwości, które można wykorzystać w szeregu zastosowań elektronicznych” – mówi Liu. „Ale aby wytworzyć dobrej jakości nanocząstki, kryształ macierzysty musi mieć bardzo wysoką czystość”.

Stosując najpierw technikę zwaną termicznym transportem pary, badacze odparowali proszek MoO3 w piecu rurowym w temperaturze 1000 stopni Celsjusza. Następnie, zmniejszając liczbę miejsc zarodkowania, mogliby lepiej dopasować się do termodynamicznej krystalizacji MoO3, aby wytworzyć wysokiej jakości kryształy w temperaturze 600 stopni Celsjusza bez konieczności stosowania specjalnego substratu.

„Zasadniczo na wzrost kryształów w podwyższonych temperaturach wpływa podłoże” – wyjaśnia Liu. „Jednak w przypadku braku zamierzonego substratu moglibyśmy lepiej kontrolować wzrost kryształów, co pozwoliło nam hodować kryształy trójtlenku molibdenu o wysokiej czystości i jakości”.

Po schłodzeniu kryształów do temperatury pokojowej badacze zastosowali mechaniczne i wodne złuszczanie, aby wytworzyć pasy kryształów MoO3 o grubości submikronowej. Po poddaniu pasów sonikacji i wirowaniu udało im się wyprodukować duże, wysokiej jakości nanocząstki MoO3.

Prace dostarczyły nowych informacji na temat międzywarstwowych interakcji elektronicznych 2-D nanoarkuszów MoO3. Opracowane przez zespół techniki wzrostu kryształów i eksfoliacji mogą być również pomocne w manipulowaniu pasmem wzbronionym – a tym samym właściwościami optoelektronicznymi – materiałów 2-D poprzez tworzenie heterozłączy 2-D.

„Teraz próbujemy wytworzyć dwuwymiarowe nanocząstki MoO3 o większych powierzchniach, a także badamy ich potencjalne zastosowanie w innych urządzeniach, takich jak czujniki gazu” – mówi Liu.