Gli scienziati dei materiali della Rice University stanno facendo luce sugli intricati processi di crescita dei cristalli 2D, aprendo la strada alla sintesi controllata di questi materiali con una precisione senza precedenti.
Materiali bidimensionali come grafene e bisolfuro di molibdeno (MoS2 ) mostrano proprietà uniche che rappresentano un'enorme promessa per applicazioni nel campo dell'elettronica, dei sensori, dello stoccaggio dell'energia, della biomedicina e altro ancora. Tuttavia, i loro complessi meccanismi di crescita (esistono correlazioni incoerenti tra il modo in cui le condizioni di crescita influenzano le forme dei cristalli) hanno rappresentato una sfida significativa per i ricercatori.
Un gruppo di ricerca presso la George R. Brown School of Engineering della Rice ha affrontato questa sfida sviluppando un sistema miniaturizzato di deposizione chimica in fase vapore (CVD) personalizzato in grado di osservare e registrare la crescita di MoS 2D2 cristalli in tempo reale. Il lavoro è pubblicato online sulla rivista Nano Letters .
Attraverso l'uso di algoritmi avanzati di elaborazione delle immagini e di apprendimento automatico, i ricercatori sono stati in grado di estrarre preziose informazioni dalle riprese in tempo reale, inclusa la capacità di prevedere le condizioni necessarie per far crescere MoS2 a strato singolo molto grande. sotto> cristalli.
Il coautore dello studio Jun Lou, professore e presidente associato del Dipartimento di Scienza dei Materiali e Nanoingegneria della Rice, ha affermato che questo approccio interdisciplinare rappresenta un significativo passo avanti nel campo della sintesi scalabile di materiali 2D.
"Combinando osservazioni sperimentali in tempo reale con tecniche di apprendimento automatico all'avanguardia, abbiamo dimostrato il potenziale per prevedere e controllare la crescita dei cristalli 2D con eccellente precisione", ha affermato Lou.
Le scoperte del gruppo di ricerca hanno implicazioni di vasta portata per il futuro dei materiali 2D. Spinti dal successo con MoS2 , i ricercatori ritengono che il loro approccio possa essere esteso ad altri materiali 2D ed eterostrutture, offrendo una potente piattaforma per la progettazione e l'ingegnerizzazione di materiali 2D di prossima generazione con proprietà su misura.
"Ad esempio, in elettronica, essendo in grado di sintetizzare in modo robusto cristalli 2D come MoS2 su larga scala potrebbe portare a dispositivi più veloci ed efficienti", ha affermato Lou. "Nei sensori, potrebbe portare a dispositivi più sensibili e selettivi."
"Questa ricerca rappresenta un passo importante verso la realizzazione del pieno potenziale dei materiali 2D e apre la strada allo sviluppo di tecnologie innovative che potrebbero rivoluzionare un'ampia gamma di settori", ha affermato Ming Tang, professore associato di scienza dei materiali e nanoingegneria e coautore dello studio. autore.
Insieme a Lou e Tang nello studio del Dipartimento di scienza dei materiali e nanoingegneria del riso ci sono Jing Zhang, Tianshu Zhai, Faizal Arifurrahman, Yuguo Wang, Andrew Hitt, Zelai He, Qing Ai, Yifeng Liu, Chen-Yang Lin e Yifan Zhu. /P>
Ulteriori informazioni: Jing Zhang et al, Verso la sintesi controllata di cristalli 2D di CVD:imparare dalle evoluzioni della morfologia dei cristalli in tempo reale, Nano lettere (2024). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c04016
Fornito dalla Rice University
