Un equipo de científicos de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) ha desarrollado con éxito un método para exfoliar químicamente cristales de disulfuro de molibdeno, una clase de compuestos calcogenuros, en escamas monocapa de alta calidad, con mayor rendimiento y mayor tamaño de copos que los métodos actuales. Las escamas exfoliadas se pueden convertir en una solución imprimible, que se puede aplicar en fotónica y electrónica imprimibles.

Este avance dirigido por el profesor Loh Kian Ping, quien dirige el Departamento de Química de la Facultad de Ciencias de la NUS, y también es Investigador Principal del Centro de Investigación de Grafeno en la Facultad, tiene aplicabilidad genérica a otros calcogenuros bidimensionales, como diselenuro de tungsteno y disulfuro de titanio, y da como resultado una exfoliación de alto rendimiento para todos estos materiales bidimensionales.

El equipo de NUS colaboró ​​con científicos del Instituto Nacional de Ulsan de Ciencias y tecnología en Corea, y los hallazgos se publicaron por primera vez en línea en una prestigiosa revista científica. Comunicaciones de la naturaleza el 2 de enero de 2014.

Demanda de método de exfoliación de alta eficiencia.

Dicalcogenuros de metales de transición, formado por una combinación de calcógenos, como azufre o selenio, y metales de transición, como molibdeno o tungsteno, Recientemente han atraído gran atención como la próxima generación de materiales bidimensionales debido a sus propiedades ópticas y electrónicas únicas, para aplicaciones en dispositivos optoelectrónicos como solares de película delgada, fotodetectores circuitos lógicos flexibles y sensores.

Sin embargo, Los procesos actuales de producción de calcogenuros de capa única imprimibles llevan mucho tiempo y el rendimiento es bajo. Los copos producidos son de tamaños submicrónicos, lo que dificulta el aislamiento de una sola hoja para fabricar dispositivos electrónicos.

Como la mayoría de las aplicaciones requieren escamas limpias y de gran tamaño, esto señala una clara necesidad de explorar nuevas formas de producir dicalcogenuros de metales de transición de una sola capa de alta calidad con alto rendimiento.

Avance en la producción

Para abordar el cuello de botella de la producción, el equipo de NUS exploró los aductos metálicos de naftaleno. Prepararon aductos de naftalenuro de litio, sodio y potasio, y comparó la eficacia y la calidad de exfoliación del bisulfuro de molibdeno generado. Los pasos de procesamiento se detallan en el Anexo.

Usando un método de expansión e intercalación de dos pasos, Los investigadores pudieron producir láminas de bisulfuro de molibdeno de una sola capa de alta calidad con un tamaño de escamas sin precedentes.

Los investigadores también demostraron que las escamas de disulfuro de molibdeno exfoliadas se pueden convertir en una solución imprimible. y se pueden imprimir películas del tamaño de una oblea, ya que la buena dispersión y la alta viscosidad de las escamas la hacen muy adecuada para la impresión por inyección de tinta.

En un análisis comparativo, Dr. Zheng Jian, el primer autor del artículo, quien también es investigador asociado del Departamento de Química de la Facultad de Ciencias de NUS, encontró que el método de intercalación de naftalenuro de metal alcalino aplicado posee ventajas significativas en comparación con el método convencional.

Comentando la importancia de los hallazgos, El profesor Loh dijo:"En el presente, Existe un cuello de botella en el desarrollo de calcogenuros bidimensionales procesados ​​en solución. Nuestro equipo ha desarrollado un agente exfoliante alternativo utilizando las sales orgánicas de naftaleno y este nuevo método es más eficiente que los métodos anteriores basados ​​en soluciones. También se puede aplicar a otras clases de calcogenuros bidimensionales ".

"Teniendo en cuenta la versatilidad de este método, puede ser adoptado como el nuevo punto de referencia en química de exfoliación de calcogenuros bidimensionales, "añadió.

Investigación adicional sobre dispositivos imprimibles

El campo de rápido crecimiento de la fotónica impresa, la electrónica y la optoelectrónica exigen materiales de alta calidad, deposición precisa de material, y óptica específica de la aplicación, eléctrico, químico, y propiedades mecánicas.

Para promover su investigación y atender a la industria, El profesor Loh y su equipo estudiarán el desarrollo de tintas basadas en diferentes tipos de calcogenuros bidimensionales exfoliados mediante su método novedoso para producir dispositivos optoelectrónicos imprimibles. También probarán las propiedades ópticas no lineales de las escamas que han producido.