Wetenschappers ontwikkelen een nieuw systeem om 2D-kristalsynthese in realtime vast te leggen

Materiaalwetenschappers van Rice University werpen licht op de ingewikkelde groeiprocessen van 2D-kristallen en maken zo de weg vrij voor gecontroleerde synthese van deze materialen met ongekende precisie.

Tweedimensionale materialen zoals grafeen en molybdeendisulfide (MoS₂) vertonen unieke eigenschappen die een enorme belofte inhouden voor toepassingen in elektronica, sensoren, energieopslag, biogeneeskunde en meer. Hun complexe groeimechanismen – er bestaan ​​inconsistente correlaties tussen de manier waarop de omstandigheden voor groei de vormen van kristallen beïnvloeden – vormen echter een aanzienlijke uitdaging voor onderzoekers.

Een onderzoeksteam van de George R. Brown School of Engineering van Rice heeft deze uitdaging aangepakt door een op maat gebouwd geminiaturiseerd chemisch dampdepositiesysteem (CVD) te ontwikkelen dat in staat is de groei van 2D MoS te observeren en vast te leggen.₂ kristallen in realtime. Het werk wordt online gepubliceerd in het tijdschrift Nano-brieven.

Door het gebruik van geavanceerde beeldverwerking en machine learning-algoritmen konden de onderzoekers waardevolle inzichten uit de realtime beelden halen, waaronder de mogelijkheid om de omstandigheden te voorspellen die nodig zijn om zeer grote, enkellaagse MoS te laten groeien.₂ Kristallen.

Co-auteur van het onderzoek Jun Lou, professor en universitair hoofddocent van de afdeling Materiaalkunde en Nanoengineering bij Rice, zei dat deze interdisciplinaire aanpak een belangrijke stap voorwaarts betekent op het gebied van schaalbare synthese van 2D-materialen.

“Door real-time experimentele observaties te combineren met de allernieuwste machine learning-technieken, hebben we het potentieel aangetoond om de groei van 2D-kristallen met uitstekende nauwkeurigheid te voorspellen en te controleren”, aldus Lou.

De bevindingen van het onderzoeksteam hebben verstrekkende gevolgen voor de toekomst van 2D-materialen. Gedreven door hun succes met MoS₂geloven de onderzoekers dat hun aanpak kan worden uitgebreid naar andere 2D-materialen en heterostructuren, wat een krachtig platform biedt voor het ontwerpen en engineeren van 2D-materialen van de volgende generatie met op maat gemaakte eigenschappen.

“In de elektronica bijvoorbeeld: het op robuuste wijze kunnen synthetiseren van 2D-kristallen zoals MoS₂ op grote schaal zou kunnen leiden tot snellere en efficiëntere apparaten, “zei Lou. “In sensoren zou het kunnen leiden tot gevoeligere en selectievere apparaten.”

“Dit onderzoek is een belangrijke stap in de richting van het realiseren van het volledige potentieel van 2D-materialen en maakt de weg vrij voor de ontwikkeling van innovatieve technologieën die een revolutie teweeg kunnen brengen in een breed scala aan industrieën”, zegt Ming Tang, universitair hoofddocent materiaalkunde en nano-engineering en mede-onderzoeker. auteur.

Jing Zhang, Tianshu Zhai, Faizal Arifurrahman, Yuguo Wang, Andrew Hitt, Zelai He, Qing Ai, Yifeng Liu, Chen-Yang Lin en Yifan Zhu sluiten zich bij Lou en Tang aan bij het onderzoek van het Rice Department of Materials Science and Nanoengineering.