Molybdentrioxid (MoO3) har potential som ett viktigt tvådimensionellt (2-D) material, men dess bulktillverkning har släpat efter andra i sin klass. Nu har forskare vid A*STAR utvecklat en enkel metod för att massproducera ultratunna, högkvalitativa MoO3-nanoark.

Efter upptäckten av grafen började andra 2D-material som di-kalkogenider av övergångsmetall väcka stor uppmärksamhet. I synnerhet framstod MoO3 som ett viktigt 2D-halvledande material på grund av dess anmärkningsvärda elektroniska och optiska egenskaper som lovar en rad nya applikationer inom elektronik, optoelektronik och elektrokromik.

Liu Hongfei och kollegor från A*STAR Institute of Materials Research and Engineering och Institute of High Performance Computing har försökt utveckla en enkel teknik för att massproducera stora, högkvalitativa nanoark av MoO3 som är flexibla och transparenta.

"Atomtunna nanoskivor av molybdentrioxid har nya egenskaper som kan användas i en rad elektroniska tillämpningar", säger Liu. "Men för att producera nanoark av god kvalitet måste moderkristallen vara av mycket hög renhet."

Genom att först använda en teknik som kallas termisk ångtransport, förångade forskarna MoO3-pulver i en rörugn vid 1 000 grader Celsius. Sedan, genom att minska antalet kärnbildningsställen, kunde de bättre matcha den termodynamiska kristallisationen av MoO3 för att producera högkvalitativa kristaller vid 600 grader Celsius utan behov av ett specifikt substrat.

"I allmänhet påverkas kristalltillväxt vid förhöjda temperaturer av substratet", förklarar Liu. "Men i avsaknad av ett avsiktligt substrat kunde vi bättre kontrollera kristalltillväxten, vilket gör att vi kan odla molybdentrioxidkristaller av hög renhet och kvalitet."

Efter att ha kylt kristallerna till rumstemperatur använde forskarna mekanisk och vattenbaserad exfoliering för att producera submikrontjocka bälten av MoO3-kristaller. När de väl utsatt bältena för sonikering och centrifugering kunde de producera stora, högkvalitativa MoO3 nanoark.

Arbetet har gett nya insikter i den elektroniska interaktionen mellan 2-D MoO3 nanoark. Teknikerna för kristalltillväxt och exfoliering som utvecklats av teamet kan också vara till hjälp för att manipulera bandgapet - och därmed de optoelektroniska egenskaperna - hos 2D-material genom att bilda 2D-heteroövergångar.

"Vi försöker nu tillverka 2-D MoO3 nanoark med större ytor, samt utforska deras potentiella användning i andra enheter, såsom gassensorer," säger Liu.