Les scientifiques de l'Université Rice ont étendu leur technique pour produire du graphène en un éclair afin d'adapter les propriétés des dichalcogénures 2D, le bisulfure de molybdène et le disulfure de tungstène, les transformant rapidement en métaux métastables pour les applications électroniques et optiques. Crédit :Tour Group/Rice University
Les scientifiques de l'Université Rice ont étendu leur technique pour produire du graphène en un éclair afin d'adapter les propriétés d'autres matériaux 2D.
Les laboratoires du chimiste James Tour et du théoricien des matériaux Boris Yakobson ont rapporté dans le rapport de l'American Chemical Society ACS Nano ils ont réussi à « flasher » des quantités en vrac de dichalcogénures 2-D, en les changeant des semi-conducteurs aux métaux.
De tels matériaux sont précieux pour l'électronique, catalyse et comme lubrifiants, entre autres applications.
Le processus utilise un chauffage flash Joule - utilisant une charge électrique pour augmenter considérablement la température du matériau - pour convertir le disulfure de molybdène semi-conducteur et le disulfure de tungstène. La durée de l'impulsion et des additifs sélectionnés peuvent également contrôler les propriétés des produits désormais métalliques.
"Ce processus rapide nous permet de fabriquer une toute nouvelle classe de matériaux de grande valeur à grande échelle et sans l'utilisation de solvants ou d'eau, ", a déclaré la tournée.
Les dichalcogénures bidimensionnels ressemblent au graphène hexagonal vu d'en haut, mais les regarder sous un angle révèle une structure en sandwich. Dans le bisulfure de molybdène, par exemple, un seul plan d'atomes de molybdène se trouve entre similaires, mais décalé, plans de soufre.
La fabrication de chaque matériau dans sa phase métallique (appelée 1T) nécessitait auparavant des procédés beaucoup plus complexes, selon les chercheurs. Même à ce moment là, les produits étaient connus pour être instables dans les conditions ambiantes. Le chauffage Flash Joule semble résoudre ce problème, produisant des dichalcogénures métastables en un millième de seconde.
Une image au microscope électronique montre du disulfure de tungstène dans son état 1T métastable. Les points oranges représentent les atomes de soufre, le bleu représente le tungstène. Les scientifiques de l'Université Rice ont utilisé le chauffage flash Joule pour adapter les propriétés des dichalcogénures 2D, les transformant rapidement en métaux métastables pour les applications électroniques et optiques. Crédit :Tour Group/Rice University
En poudre, des dichalcogénures disponibles dans le commerce mélangés avec du noir de carbone ou de la poudre de tungstène pour augmenter leur conductivité ont été placés dans un tube en céramique coiffé d'électrodes et flashé avec plus de 1, 350 ampères de puissance pour une fraction de seconde, puis refroidi rapidement. Avec le tube sous vide, les gaz étrangers ont été évacués, laissant principalement des métaux purs à récolter.
Selon les calculs de l'équipe Yakobson, l'apport d'énergie important force l'apparition de défauts structurels dans les réseaux cristallins des matériaux, en ajoutant des charges négatives qui font de 1T la phase thermodynamiquement préférée.
« C'est une incarnation rapide et intéressante du principe de Le Chatelier :sous tension, le matériau passe à une phase 1T plus conductrice, pour contrer/réduire les champs électriques appliqués, " a déclaré la co-auteur Ksenia Bets, un chercheur du groupe Yakobson. "Nos calculs détaillés révèlent que le chemin cinétique est indirect :le soufre sublimant crée un réseau riche en lacunes qui préfère énergétiquement une structure 1T."
Le fait que les conditions et les additifs puissent influencer le produit final doit conduire à une étude systématique des variations possibles, Tour dit.
L'étudiant diplômé de Rice Weiyin Chen est l'auteur principal de l'article. Les co-auteurs supplémentaires sont les étudiants diplômés de Rice Zhe Wang, Emily McHugh, Wala Algozeeb et Jinhang Chen; les chercheurs postdoctoraux Duy Xuan Luong et Bing Deng; les anciens élèves Muqing Ren et Michael Stanford; professeur de recherche adjoint Hua Guo; chercheur scientifique Guanhui Gao; et les étudiants de premier cycle John Tianci Li et William Carsten.
La tournée est le T.T. et W.F. Chaire Chao en chimie ainsi que professeur d'informatique et de science des matériaux et nano-ingénierie. Yakobson est le professeur Karl F. Hasselmann de science des matériaux et de nano-ingénierie et professeur de chimie.
