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 gemaakt geminiaturiseerd chemisch dampdepositiesysteem (CVD) te ontwikkelen dat de groei van 2D MoS kan observeren en registreren₂ kristallen in realtime. Het werk is online gepubliceerd in het tijdschrift Nano Letters .

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_{2 te laten groeien. sub> 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 geavanceerde 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 MoS₂ zijn de onderzoekers van mening dat hun aanpak kan worden uitgebreid naar andere 2D-materialen en heterostructuren, waardoor een krachtig platform wordt geboden voor het ontwerpen en ontwikkelen van 2D-materialen van de volgende generatie met op maat gemaakte eigenschappen.

"In de elektronica kunnen we bijvoorbeeld robuust 2D-kristallen zoals MoS₂ synthetiseren 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. /P>

Meer informatie: Jing Zhang et al., Op weg naar gecontroleerde synthese van 2D-kristallen door CVD:leren van de realtime evoluties van de kristalmorfologie, Nanoletters (2024). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c04016

Aangeboden door Rice University