Ett internationellt team av forskare har hittat ett sätt att förfina och på ett tillförlitligt sätt producera ett oförutsägbart och svårt att kontrollera material som kan påverka miljövården, energi och konsumentelektronik.

Materialet, Molybden -disulfid (MoS ₂ ), har en enorm potential för många applikationer inom energilagring, vattenbehandling, gas, kemisk och ljusavkänning. Men höga kostnader och fabrikationsutmaningar har hållit tillbaka bredare användning.

"Det finns många olika sätt att tillverka detta material, men ingen har ännu kunnat göra det i en kontrollerad och avstämbar dimension i stora mängder, till en låg kostnad, reproducerbart sätt, "sa Donglei (Emma) Fan, docent vid Cockrell School of Engineering Walker Department of Mechanical Engineering och Texas Materials Institute.

Som rapporterat i Avancerade material , Fan och forskargruppen har skapat en metod för att tillverka tunna nanoribon av MoS ₂ i stor skala. Tidigare, forskare har bara kunnat tillverka materialet i små mängder, fäst slumpmässigt på kiselsubstrat. Detta begränsade materialets användning, och när det fästes på underlaget blev det mycket utmanande att manipulera.

Forskargruppen skapade en fristående version av MoS ₂ i pulverform som kan spridas till lösningar för flera olika applikationer, framför allt vattenrening. Yun Huang, doktorand och första författare till verket, sa att deras process har minskat kostnaden för att tillverka ett gram material med 3, 000 gånger, jämfört med tidigare publicerad forskning fokuserad på att producera MoS ₂ nanoribbons.

Att ta bort det farliga elementet kvicksilver från vatten är en av de mest effektfulla användningarna av MoS ₂ , Fan sa. En studie från 2016 ledd av U.S.Geological Survey fann att kvicksilverföroreningar är utbredda på olika nivåer i västra USA, i luft, jord, sediment, växter, fisk och vilda djur. Höga kvicksilverhalter kan leda till hjärn- och njurskador, särskilt hos yngre människor. Förutom förorenat vatten, människor utsätts mest för kvicksilverproblem genom att äta fisk, som kan stapla upp höga koncentrationer av elementet i deras kroppar när de konsumerar andra organismer som har exponerats.

När det introduceras i vatten i pulverform, lagets version av MoS ₂ kan spridas med förmågan att suga upp kvicksilver och ta bort det från vatten. Det finns flera metoder för att avlägsna kvicksilver från vatten redan, men med dessa nya lågkostnads- och storskaliga tillverkningsmöjligheter, MoS ₂ ger en stark alternativ lösning.

"Detta är ett attraktivt material eftersom det har unika egenskaper för olika applikationer med potential att förändra människors liv. Att kunna göra materialet med kontrollerade dimensioner och i en stor mängd, montera den och integrera den med färdiga enheter ger MoS ₂ ett steg närmare praktiska tillämpningar, inte bara stanna i labbet, "Sa fan.

MoS ₂ har också potential som en komponent i ljusbaserade mikroprocessorer, som erbjuder löftet om mycket snabbare datahastigheter över dagens enheter. Och det kan fungera som en billig katalysator för att generera vätebränsle från vatten.

Skapa MoS ₂ är en utmaning. Det kommer från att tillsätta svavel till ett morfat "förmarkör" -material. Att dela upp denna process i två steg - först utföra sulfuriseringen vid en lägre temperatur och sedan höja värmen - representerade en av de viktigaste innovationerna för att göra MoS ₂ mer kontrollerbar.

Tidigare experiment med MoS ₂ nanoribbons har bara kunnat skapa en mikroskopisk mängd av materialet. Dock, forskarna kan få en "sked full" av MoS ₂ nanoribbons med en enda syntes, och forskarna säger att det inte finns något hinder för att hålla tillbaka förfarandet för att skapa större mängder av materialet.

MoS ₂ ingår i en klass av 2-D-material som har fått mycket uppmärksamhet från forskare på sistone. De är tunna, flexibla och kapabla halvledare, egenskaper som gör dem värdefulla som en del av sensorer för allt från hjärtmonitorer till förorenande utsläppsdetektorer.