Ett team av forskare från National University of Singapore (NUS) har framgångsrikt utvecklat en metod för att kemiskt exfoliera molybden -disulfidkristaller, en klass av kalkogenidföreningar, i högkvalitativa monoskiktflingor, med högre utbyte och större flingstorlek än nuvarande metoder. De exfolierade flingorna kan göras till en utskrivbar lösning, som kan appliceras i utskrivbar fotonik och elektronik.

Detta genombrott, ledd av professor Loh Kian Ping, som leder institutionen för kemi vid NUS naturvetenskapliga fakulteten, och är också huvudutredare vid Graphene Research Center vid fakulteten, har generisk tillämpning på andra tvådimensionella kalkogenider, såsom volframdiselenid och titandisulfid, och resulterar i exfoliering med hög avkastning för alla dessa tvådimensionella material.

NUS -teamet samarbetade med forskare från Ulsan National Institute of Vetenskap och teknik i Korea, och resultaten publicerades först online i prestigefylld vetenskaplig tidskrift Naturkommunikation den 2 januari 2014.

Krav på högeffektiv peelingmetod

Övergångsmetalldikalkogenider, bildad av en kombination av kalkogener, såsom svavel eller selen, och övergångsmetaller, såsom molybden eller volfram, har nyligen väckt stor uppmärksamhet som nästa generation av tvådimensionella material på grund av deras unika elektroniska och optiska egenskaper, för applikationer i optoelektroniska enheter som tunnfilmsolar, fotodetektorer flexibla logikkretsar och sensorer.

Dock, nuvarande processer för att producera utskrivbara enkelskiktskalkogenider tar lång tid och avkastningen är dålig. Flingorna som produceras har submikronstorlekar, vilket gör det utmanande att isolera ett enda ark för tillverkning av elektroniska enheter.

Eftersom de flesta applikationer kräver rena och stora flingor, detta pekar på ett tydligt behov av att utforska nya sätt att göra högkvalitativa övergångsmetalldikalkogenider med hög avkastning.

Genombrott i produktionen

För att hantera produktionsflaskhalsen, NUS -teamet undersökte metalladdukterna av naftalen. De framställde naftalenidaddukter av litium, natrium och kalium, och jämförde exfolieringseffektiviteten och kvaliteten på molybden -disulfid genererat. Behandlingsstegen beskrivs i bilagan.

Med hjälp av en tvåstegsmetod för expansion och interkalering, forskarna kunde producera högkvalitativa molybdendisulfidark av hög kvalitet med en oöverträffad stor flingstorlek.

Forskarna visade också att de exfolierade molybdendisulfidflingorna kan göras till en utskrivbar lösning, och wafer-storlek filmer kan skrivas ut, eftersom flingornas goda spridning och höga viskositet gör den mycket lämplig för bläckstråleskrivare.

I en jämförande analys, Dr Zheng Jian, tidningens första författare, som också är forskare vid Institutionen för kemi vid NUS naturvetenskapliga fakulteten, fann att den använda alkalimetallnaftalenidinterkaleringsmetoden har betydande fördelar jämfört med den konventionella metoden.

Kommenterar resultaten av betydelsen, Prof Loh sa:"För närvarande, det finns en flaskhals i utvecklingen av lösningsbehandlade tvådimensionella kalkogenider. Vårt team har utvecklat ett alternativt exfolieringsmedel som använder de organiska salterna av naftalen och denna nya metod är mer effektiv än tidigare lösningsbaserade metoder. Det kan också appliceras på andra klasser av tvådimensionella kalkogenider. "

"Med tanke på mångsidigheten i denna metod, det kan antas som det nya riktmärket för peelingkemi för tvådimensionella kalkogenider, " han lade till.

Ytterligare forskning om utskrivbara enheter

Det snabbt växande området för tryckt fotonik, elektronik och optoelektronik kräver hög materialkvalitet, exakt materialavsättning, och applikationsspecifik optisk, elektrisk, kemisk, och mekaniska egenskaper.

För att främja sin forskning och tillgodose industrin, Prof Loh och hans team kommer att titta på att utveckla bläck baserat på olika typer av tvådimensionella kalkogenider som exfolieras med deras nya metod för att producera utskrivbara optoelektroniska enheter. De kommer också att testa de optiska olinjära egenskaperna hos de flingor de har producerat.