Une équipe de scientifiques de l'Université nationale de Singapour (NUS) a développé avec succès une méthode pour exfolier chimiquement les cristaux de bisulfure de molybdène, une classe de composés chalcogénures, en flocons monocouches de haute qualité, avec un rendement plus élevé et une taille de flocon plus grande que les méthodes actuelles. Les flocons exfoliés peuvent être transformés en une solution imprimable, qui peut être appliqué dans la photonique et l'électronique imprimables.

Cette percée, dirigé par le professeur Loh Kian Ping, qui dirige le département de chimie de la faculté des sciences de la NUS, et est également chercheur principal au Centre de recherche sur le graphène de la Faculté, a une applicabilité générique à d'autres chalcogénures bidimensionnels, tels que le diséléniure de tungstène et le disulfure de titane, et aboutit à une exfoliation à haut rendement pour tous ces matériaux bidimensionnels.

L'équipe NUS a collaboré avec des scientifiques de l'Ulsan National Institute of Science et la technologie en Corée, et les résultats ont été publiés pour la première fois en ligne dans une prestigieuse revue scientifique Communication Nature le 2 janvier 2014.

Demande de méthode d'exfoliation à haute efficacité

dichalcogénures de métaux de transition, formé par une combinaison de chalcogènes, comme le soufre ou le sélénium, et métaux de transition, comme le molybdène ou le tungstène, ont récemment attiré une grande attention en tant que prochaine génération de matériaux bidimensionnels en raison de leurs propriétés électroniques et optiques uniques, pour les applications dans les dispositifs optoélectroniques tels que les solaires à couches minces, photodétecteurs circuits logiques flexibles et capteurs.

Cependant, les procédés actuels de production de chalcogénures monocouche imprimables prennent beaucoup de temps et le rendement est médiocre. Les flocons produits sont de tailles submicroniques, ce qui rend difficile l'isolement d'une seule feuille pour la fabrication d'appareils électroniques.

Comme la plupart des applications nécessitent des flocons propres et de grande taille, cela met en évidence un besoin clair d'explorer de nouvelles façons de fabriquer des dichalcogénures de métaux de transition monocouche de haute qualité avec un rendement élevé.

Percée dans la production

Pour remédier au goulot d'étranglement de la production, l'équipe NUS a exploré les adduits métalliques du naphtalène. Ils ont préparé des adduits naphtalénidiques de lithium, sodium et potassium, et comparé l'efficacité d'exfoliation et la qualité du bisulfure de molybdène généré. Les étapes de traitement sont détaillées en annexe.

En utilisant une méthode d'expansion et d'intercalation en deux étapes, les chercheurs ont pu produire des feuilles de bisulfure de molybdène monocouche de haute qualité avec une taille de flocon sans précédent.

Les chercheurs ont également démontré que les flocons de bisulfure de molybdène exfoliés peuvent être transformés en une solution imprimable, et des films de taille wafer peuvent être imprimés, car la bonne dispersion et la viscosité élevée des flocons le rendent parfaitement adapté à l'impression à jet d'encre.

Dans une analyse comparative, Dr Zheng Jian, le premier auteur de l'article, qui est également chercheur au département de chimie de la faculté des sciences de la NUS, ont constaté que la méthode d'intercalation de naphtaléniure de métal alcalin appliquée possède des avantages significatifs par rapport à la méthode conventionnelle.

Commentant l'importance des résultats, Le professeur Loh a dit, "Maintenant, il existe un goulot d'étranglement dans le développement de chalcogénures bidimensionnels traités en solution. Notre équipe a développé un agent exfoliant alternatif utilisant les sels organiques de naphtalène et cette nouvelle méthode est plus efficace que les précédentes méthodes basées sur des solutions. Il peut également être appliqué à d'autres classes de chalcogénures bidimensionnels."

« Compte tenu de la polyvalence de cette méthode, il peut être adopté comme la nouvelle référence en chimie d'exfoliation des chalcogénures bidimensionnels, " il ajouta.

Recherches approfondies sur les appareils imprimables

Le domaine en pleine croissance de la photonique imprimée, l'électronique et l'optoélectronique exigent des matériaux de haute qualité, dépôt de matière précis, et optique spécifique à l'application, électrique, chimique, et propriétés mécaniques.

Pour poursuivre leurs recherches et répondre aux besoins de l'industrie, Le professeur Loh et son équipe chercheront à développer des encres basées sur différents types de chalcogénures bidimensionnels exfoliés par leur nouvelle méthode afin de produire des dispositifs optoélectroniques imprimables. Ils testeront également les propriétés optiques non linéaires des flocons qu'ils ont produits.