Molybdenum trioxide (MoO3) có tiềm năng trở thành vật liệu hai chiều (2-D) quan trọng, nhưng việc sản xuất số lượng lớn nó đã tụt hậu so với các vật liệu khác cùng loại. Giờ đây, các nhà nghiên cứu tại A*STAR đã phát triển một phương pháp đơn giản để sản xuất hàng loạt tấm nano MoO3 siêu mỏng, chất lượng cao.

Sau khi phát hiện ra graphene, các vật liệu 2D khác như di-chalcogenides kim loại chuyển tiếp bắt đầu thu hút sự chú ý đáng kể. Đặc biệt, MoO3 nổi lên như một vật liệu bán dẫn 2 chiều quan trọng vì các đặc tính quang học và điện tử vượt trội của nó hứa hẹn cho một loạt ứng dụng mới trong điện tử, quang điện tử và điện sắc học.

Liu Hongfei và các đồng nghiệp từ Viện Nghiên cứu và Kỹ thuật Vật liệu A*STAR và Viện Điện toán Hiệu suất Cao đã tìm cách phát triển một kỹ thuật đơn giản để sản xuất hàng loạt các tấm nano MoO3 lớn, chất lượng cao, linh hoạt và trong suốt.

Liu cho biết: “Các tấm nano molypden trioxide mỏng về mặt nguyên tử có những đặc tính mới có thể được sử dụng trong một loạt ứng dụng điện tử”. “Nhưng để tạo ra các tấm nano chất lượng tốt, tinh thể gốc phải có độ tinh khiết rất cao.”

Bằng cách sử dụng kỹ thuật đầu tiên gọi là vận chuyển hơi nhiệt, các nhà nghiên cứu đã làm bay hơi bột MoO3 trong lò nung ống ở nhiệt độ 1.000 độ C. Sau đó, bằng cách giảm số lượng vị trí tạo mầm, chúng có thể phù hợp hơn với quá trình kết tinh nhiệt động của MoO3 để tạo ra tinh thể chất lượng cao ở 600 độ C mà không cần chất nền cụ thể.

Liu giải thích: “Nói chung, sự phát triển của tinh thể ở nhiệt độ cao bị ảnh hưởng bởi chất nền. “Tuy nhiên, trong trường hợp không có chất nền có chủ ý, chúng tôi có thể kiểm soát tốt hơn sự phát triển của tinh thể, cho phép chúng tôi phát triển các tinh thể molypden trioxide có độ tinh khiết và chất lượng cao”.

Sau khi làm lạnh các tinh thể đến nhiệt độ phòng, các nhà nghiên cứu đã sử dụng phương pháp tẩy da chết cơ học và nước để tạo ra các vành đai tinh thể MoO3 dày dưới micromet. Sau khi cho dây đai được siêu âm và ly tâm, họ có thể tạo ra các tấm nano MoO3 lớn, chất lượng cao.

Công trình đã cung cấp những hiểu biết mới về tương tác điện tử giữa các lớp của tấm nano MoO3 2-D. Các kỹ thuật tăng trưởng và tách lớp tinh thể do nhóm nghiên cứu phát triển cũng có thể hữu ích trong việc điều khiển vùng cấm – và do đó điều khiển các đặc tính quang điện tử – của vật liệu 2-D bằng cách hình thành các tiếp xúc dị thể 2-D.

Liu cho biết: “Chúng tôi hiện đang cố gắng chế tạo các tấm nano MoO3 2-D với diện tích lớn hơn cũng như khám phá tiềm năng sử dụng của chúng trong các thiết bị khác, chẳng hạn như cảm biến khí”.