Cientistas desenvolvem novo sistema para registrar síntese de cristais 2D em tempo real
Imagem óptica em falsa cor dos cristais de MoS2 cultivados em alta temperatura e baixa vazão, onde o maior tamanho médio de cristal é obtido entre as condições de crescimento testadas. Crédito:Jun Lou/Rice University Cientistas de materiais da Rice University estão lançando luz sobre os intrincados processos de crescimento de cristais 2D, abrindo caminho para a síntese controlada desses materiais com precisão sem precedentes.
Materiais bidimensionais como grafeno e dissulfeto de molibdênio (MoS2 ) exibem propriedades únicas que são imensamente promissoras para aplicações em eletrônica, sensores, armazenamento de energia, biomedicina e muito mais. No entanto, seus complexos mecanismos de crescimento – existem correlações inconsistentes entre como as condições de crescimento afetam as formas dos cristais – representaram um desafio significativo para os pesquisadores.
Uma equipe de pesquisa da Escola de Engenharia George R. Brown de Rice enfrentou esse desafio desenvolvendo um sistema miniaturizado de deposição química de vapor (CVD) personalizado, capaz de observar e registrar o crescimento de MoS 2D2 cristais em tempo real. O trabalho está publicado online na revista Nano Letters .
Através do uso de processamento avançado de imagens e algoritmos de aprendizado de máquina, os pesquisadores conseguiram extrair informações valiosas das imagens em tempo real, incluindo a capacidade de prever as condições necessárias para crescer MoS22 muito grande e de camada única. sub> cristais.
O coautor do estudo, Jun Lou, professor e presidente associado do Departamento de Ciência de Materiais e Nanoengenharia da Rice, disse que esta abordagem interdisciplinar representa um passo significativo no campo da síntese escalonável de materiais 2D.
“Ao combinar observações experimentais em tempo real com técnicas de aprendizado de máquina de ponta, demonstramos o potencial para prever e controlar o crescimento de cristais 2D com excelente precisão”, disse Lou.
As descobertas da equipe de pesquisa têm implicações de longo alcance para o futuro dos materiais 2D. Impulsionados pelo sucesso com MoS2 , os pesquisadores acreditam que sua abordagem pode ser estendida a outros materiais 2D e heteroestruturas, oferecendo uma plataforma poderosa para projetar e projetar materiais 2D de próxima geração com propriedades personalizadas.
"Por exemplo, na eletrônica, ser capaz de sintetizar de forma robusta cristais 2D como MoS2 em escala poderia levar a dispositivos mais rápidos e eficientes", disse Lou. "Em sensores, poderia levar a dispositivos mais sensíveis e seletivos."
"Esta pesquisa é um passo importante para a realização de todo o potencial dos materiais 2D e abre caminho para o desenvolvimento de tecnologias inovadoras que podem revolucionar uma ampla gama de indústrias", disse Ming Tang, professor associado de ciência de materiais e nanoengenharia e co-estudante. autor.
Juntando-se a Lou e Tang no estudo do Departamento de Ciência de Materiais e Nanoengenharia do Rice estão Jing Zhang, Tianshu Zhai, Faizal Arifurrahman, Yuguo Wang, Andrew Hitt, Zelai He, Qing Ai, Yifeng Liu, Chen-Yang Lin e Yifan Zhu.
