Ny eksfolieringsmetode baner vejen for, at todimensionale materialer kan bruges i fotonik, der kan udskrives

Et team af forskere fra National University of Singapore (NUS) har med succes udviklet en metode til kemisk eksfoliering af molybdendisulfidkrystaller, en klasse af chalcogenidforbindelser, i enkeltlagsflager af høj kvalitet, med højere udbytte og større flakstørrelse end nuværende metoder. De eksfolierede flager kan laves til en udskrivbar løsning, som kan anvendes i printbar fotonik og elektronik.

Dette gennembrud, ledet af professor Loh Kian Ping, der leder Institut for Kemi ved NUS Det Naturvidenskabelige Fakultet, og er også hovedforsker ved Graphene Research Center på fakultetet, har generisk anvendelse på andre todimensionale chalcogenider, såsom wolframdiselenid og titandisulfid, og resulterer i eksfoliering med højt udbytte for alle disse todimensionelle materialer.

NUS -teamet samarbejdede med forskere fra Ulsan National Institute of Videnskab og teknologi i Korea, og resultaterne blev først offentliggjort online i prestigefyldt videnskabeligt tidsskrift Naturkommunikation den 2. januar 2014.

Efterspørgsel efter højeffektiv eksfolieringsmetode

Overgangsmetal dichalcogenider, dannet af en kombination af chalcogener, såsom svovl eller selen, og overgangsmetaller, såsom molybdæn eller wolfram, har for nylig tiltrukket stor opmærksomhed som den næste generation af todimensionale materialer på grund af deres unikke elektroniske og optiske egenskaber, til applikationer i optoelektroniske enheder såsom tyndfilmsolarer, fotodetektorer fleksible logiske kredsløb og sensorer.

Imidlertid, nuværende processer til fremstilling af printbare enkeltlags chalcogenider tager lang tid, og udbyttet er dårligt. De producerede flager er af submikronstørrelser, hvilket gør det udfordrende at isolere et enkelt ark til fremstilling af elektroniske enheder.

Da de fleste applikationer kræver rene og store flager, dette peger på et klart behov for at undersøge nye måder at fremstille enkeltlags overgangsmetaldichalcogenider af høj kvalitet med højt udbytte.

Gennembrud i produktionen

For at løse produktionsflaskehalsen, NUS -teamet undersøgte metaladdukterne af naphthalen. De fremstillede naphthalenid -addukter af lithium, natrium og kalium, og sammenlignede eksfolieringseffektiviteten og kvaliteten af ​​dannet molybdendisulfid. Behandlingstrinnene er detaljeret i bilaget.

Ved hjælp af en totrins ekspansions- og interkaleringsmetode, forskerne var i stand til at producere enkeltlags molybdendisulfidark af høj kvalitet med en hidtil uset stor flakstørrelse.

Forskerne demonstrerede også, at de eksfolierede molybdendisulfidflager kan laves til en udskrivbar løsning, og film i wafer-størrelse kan udskrives, da flagernes gode spredning og høje viskositet gør den yderst velegnet til inkjetudskrivning.

I en sammenlignende analyse, Dr Zheng Jian, den første forfatter til papiret, som også er stipendiat ved Institut for Kemi ved NUS Det Naturvidenskabelige Fakultet, fandt, at den anvendte alkalimetal naphthalenid -interkaleringsmetode har betydelige fordele i forhold til den konventionelle metode.

Kommenterer betydningen af ​​resultaterne, Prof Loh sagde, "På nuværende tidspunkt, der er en flaskehals i udviklingen af ​​løsningsbehandlede todimensionale chalcogenider. Vores team har udviklet et alternativt eksfolieringsmiddel ved hjælp af de organiske salte af naphthalen, og denne nye metode er mere effektiv end tidligere løsningsbaserede metoder. Det kan også anvendes på andre klasser af todimensionale chalcogenider. "

"I betragtning af alsidigheden i denne metode, det kan blive vedtaget som det nye benchmark for eksfolieringskemi af todimensionale chalcogenider, " han tilføjede.

Yderligere forskning i udskrivbare enheder

Det hurtigt voksende felt inden for trykt fotonik, elektronik og optoelektronik kræver høj materialekvalitet, præcis materialeaflejring, og applikationsspecifik optisk, elektrisk, kemisk, og mekaniske egenskaber.

For at fremme deres forskning og for at imødekomme industrien, Prof Loh og hans team vil se på at udvikle blæk baseret på forskellige typer todimensionale chalcogenider eksfolieret med deres nye metode for at producere printbare optoelektroniske enheder. De vil også teste de optiske ikke-lineære egenskaber for de flager, de har produceret.