Cientistas de materiais da Rice University e da University of Pennsylvania estão convocando um coletivo, esforço global para acelerar a produção em massa de materiais 2-D como grafeno e dissulfeto de molibdênio.

Em um artigo de perspectiva publicado online em Materiais Hoje , o editor-chefe do jornal Jun Lou e seus colegas defendem um foco esforço coletivo para enfrentar os desafios da pesquisa que poderiam abrir caminho para a produção em massa em grande escala de materiais 2-D.

Lou e seus colegas cientistas de materiais do Rice, Ming Tang, Jing Zhang e Fan Wang juntaram-se a Vivek Shenoy da Penn para descrever a transformação potencial na tecnologia de materiais 2-D que poderia resultar de uma sistemática, esforço de toda a comunidade para mapear as formas dos cristais 2-D que estão sendo cultivados em laboratórios em todo o mundo por meio de um processo conhecido como deposição química de vapor (CVD).

"Como flocos de neve na natureza, Os cristais 2-D exibem uma rica variedade de morfologias sob diferentes condições de crescimento, " eles escreveram.

Mapeando esses padrões de cristal únicos e compilando os mapas em um banco de dados global, ao lado das receitas para criar cada padrão, poderia desbloquear uma riqueza de informações "para compreensão, diagnosticar e controlar o processo de CVD e o ambiente para o crescimento de material 2-D, "escreveram os pesquisadores.

CVD é um processo comumente usado para a criação de filmes finos, incluindo materiais comercialmente importantes na indústria de semicondutores. Em uma reação típica de CVD, uma folha plana de material chamada substrato é colocada em uma câmara de reação e os gases fluem através da câmara de tal forma que eles reagem e formam uma película sólida sobre o substrato.

Um dos objetivos da área é desenvolver software de computador que possa prever com precisão as propriedades de um filme fino que resultará da mistura de gases reagentes específicos em condições específicas. A criação de tais modelos é complicada por uma compreensão incompleta dos processos físicos e químicos que ocorrem durante a CVD e pela existência de dezenas de formatos de reatores CVD.

Catalogar a forma dos cristais produzidos por experimentos de CVD pode fornecer aos cientistas de materiais informações importantes sobre sua síntese, da mesma forma que mineralogistas recuperam pistas valiosas sobre a história da Terra com base no exame de estruturas de cristal de ocorrência natural, Lou e seus colegas sugeriram.

"Pegue os lindos flocos de neve como exemplo, "escreveram os autores." Um fato talvez surpreendente para muitos é que os cristais de neve podem exibir muitas categorias diferentes de formas, que dependem da temperatura e da supersaturação da água da atmosfera em que são formados. "

O cientista japonês Ukichiro Nakaya, através de extensas observações de flocos de neve na natureza e no laboratório, desenvolveu uma figura conhecida como diagrama de Nakaya para ajudar a decifrar as informações nos flocos de neve. Ao examinar as formas de um floco de neve, e ver onde essas formas se encontram no diagrama de Nakaya, os cientistas podem determinar as condições atmosféricas exatas que produziram o floco de neve, que Nakaya poeticamente se referiu como "uma carta do céu".

Inspirado pelo trabalho de Nakaya, Lou e seus colegas criaram um diagrama semelhante a Nakaya de padrões de cristal 2-D que foram produzidos via CVD e demonstraram como ele e outros diagramas de morfologia podem ser usados ​​para inferir pistas sobre variáveis ​​de processo, como taxas de fluxo de gás e temperaturas de aquecimento que produziram cada padrão.

Graças aos avanços em imagens em tempo real e em sistemas automatizados que podem produzir grandes conjuntos de dados de estruturas cristalinas, os autores disseram que há "potencial real para o desenvolvimento de diagramas de morfologia se tornar uma prática comum e servir como base para o crescimento do cristal."