Les scientifiques en matériaux de l'Université Rice mettent en lumière les processus complexes de croissance des cristaux 2D, ouvrant la voie à une synthèse contrôlée de ces matériaux avec une précision sans précédent.
Matériaux bidimensionnels tels que le graphène et le bisulfure de molybdène (MoS2 ) présentent des propriétés uniques très prometteuses pour des applications dans les domaines de l'électronique, des capteurs, du stockage d'énergie, de la biomédecine et bien plus encore. Cependant, leurs mécanismes de croissance complexes (il existe des corrélations incohérentes entre la façon dont les conditions de croissance affectent la forme des cristaux) ont posé un défi de taille aux chercheurs.
Une équipe de recherche de l'école d'ingénierie George R. Brown de Rice a relevé ce défi en développant un système de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) miniaturisé sur mesure, capable d'observer et d'enregistrer la croissance de MoS2 2D. cristaux en temps réel. Le travail est publié en ligne dans la revue Nano Letters .
Grâce à l'utilisation d'algorithmes avancés de traitement d'image et d'apprentissage automatique, les chercheurs ont pu extraire des informations précieuses des images en temps réel, notamment la capacité de prédire les conditions nécessaires à la croissance de très grandes MoS2 cristaux.
Jun Lou, co-auteur de l'étude, professeur et directeur associé du Département de science des matériaux et de nano-ingénierie à Rice, a déclaré que cette approche interdisciplinaire représente une avancée significative dans le domaine de la synthèse évolutive de matériaux 2D.
"En combinant des observations expérimentales en temps réel avec des techniques d'apprentissage automatique de pointe, nous avons démontré le potentiel de prédire et de contrôler la croissance des cristaux 2D avec une excellente précision", a déclaré Lou.
Les découvertes de l’équipe de recherche ont des implications considérables pour l’avenir des matériaux 2D. Forts de leur succès avec MoS2 , les chercheurs pensent que leur approche peut être étendue à d'autres matériaux et hétérostructures 2D, offrant ainsi une plate-forme puissante pour la conception et l'ingénierie de matériaux 2D de nouvelle génération avec des propriétés sur mesure.
"Par exemple, en électronique, être capable de synthétiser de manière robuste des cristaux 2D comme MoS2 à grande échelle pourrait conduire à des appareils plus rapides et plus efficaces", a déclaré Lou. "Dans les capteurs, cela pourrait conduire à des appareils plus sensibles et sélectifs."
"Cette recherche constitue une étape importante vers la réalisation du plein potentiel des matériaux 2D et ouvre la voie au développement de technologies innovantes qui pourraient révolutionner un large éventail d'industries", a déclaré Ming Tang, professeur agrégé de science des matériaux et de nano-ingénierie et co-étude. auteur.
Jing Zhang, Tianshu Zhai, Faizal Arifurrahman, Yuguo Wang, Andrew Hitt, Zelai He, Qing Ai, Yifeng Liu, Chen-Yang Lin et Yifan Zhu se joignent à Lou et Tang pour l'étude du Département de science des matériaux et de nano-ingénierie de Rice. /P>
Plus d'informations : Jing Zhang et al, Vers une synthèse contrôlée de cristaux 2D par CVD :apprendre des évolutions de la morphologie des cristaux en temps réel, Nano Letters (2024). DOI :10.1021/acs.nanolett.3c04016
Fourni par l'Université Rice
