Các chuyên gia của Trường Đại học Nghiên cứu Hạt nhân Quốc gia Nga MEPhI đã chế tạo một loạt bàn phim siêu mỏng đa lớp có thể tạo cơ sở cho ngành điện tử và năng lượng tương lai.
Kết quả đã đạt được nhờ các cuộc nghiên cứu làm sáng tỏ điều kiện của quá trình tổng hợp nhiệt của các cấu trúc dị hóa dựa trên chuyển đổi kim loại dichalcogenides (TMDCs) MoS2, WS2, MoSe2 và WSe2.
Những bàn phim siêu mỏng của disulfua và diselenides của các kim loại chuyển tiếp (ví dụ, molypden và vonfram) có đặc trưng hấp thụ ánh sáng khá hiệu quả. Nguyên nhân của điều đó là các tinh thể của TMDCs có kích thước rất nhỏ vì thế sự hấp thụ ánh sáng có thể diễn ra mà không có sự tham gia của phonon - dao động mạng.
Đồng thời, trên bề mặt các tinh thể nano có thể tạo ra điều kiện để phân tách các phân tử nước thành hydro và oxy. Nhờ đó các bàn phim TMDCs siêu mỏng có triển vọng đầy hứa hẹn trong phản ứng xúc tác quang hoá cũng như để tạo ra nhiều thiết bị quang điện tử hiện đại - từ bộ tách sóng quang đến bộ chuyển đổi quang điện.
Bàn phim siêu mỏng của disulfua và diselenides có đặc trưng hấp thụ ánh sáng khá hiệu quả.
"Điều quan trọng là tạo ra bàn phim đa lớp bằng cách xác định điều kiện cần thiết để tất cả các lớp TMDCs không gây ra thiệt hại cho lớp màng mỏng bằng một vật liệu TMDCs khác đã được áp dụng trước đó. Chúng tôi đã nghiên cứu các điều kiện để tạo ra màng TMDCs siêu mỏng chất lượng cao bằng phương pháp xử lý nhiệt hóa các tiền chất màng mỏng kim loại và oxit kim loại Mo và W trong hơi sulfur hoặc hơi selen, cũng như trong khí hydrogen sulfide", kỹ sư Dmitry Fominsky từ Đại học MEPhI, chuyên trong lĩnh vực lắng đọng xung laser màng mỏng và cấu trúc nano, nói với Sputnik.
Theo ông, các bàn phim đó đã được nghiên cứu có sử dụng các phương pháp hiện đại: kính hiển vi điện tử quét, quang phổ Raman, quang phổ quang điện tử tia X. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng, quá trình biến đổi bàn phim chứa Mo trong hơi lưu huỳnh hoặc hydrogen sulfide phụ thuộc vào trạng thái hóa học của "tiền thân" ban đầu, được tạo ra bằng phương pháp lắng đọng bằng xung laser.
Việc sử dụng phương pháp lắng đọng bằng xung laser cho phép tạo ra "phôi tấm" của bàn phim với độ dày và thành phần hóa học nhất định. Điều đó đã giúp các nhà khoa học xác định các điều kiện cần thiết để sunfua hóa hiệu quả các phim Mo và MoOx để tạo ra bàn phim siêu mỏng MoS2 ở nhiệt độ dưới 500°C.
"Chúng tôi cũng đã tạo ra được những bàn phim từ kim loại chuyển tiếp, ví dụ, lớp vonfram diselenide, với mạng tinh thể 2H hoàn hảo. Kết quả nghiên cứu cho phép tạo ra màng bán dẫn siêu mỏng loại Mo (W) SxSe2-x, có các đặc tính hữu ích được điều chỉnh bởi nồng độ kim loại (W / Mo) và chalcogens (S/Se)", chuyên gia Dmitry Fominsky cho biết.
Nhóm các nhà khoa học đã công bố kết quả nghiên cứu tại Hội thảo quốc tế lần thứ 16 "Vật liệu mới: Nhiên liệu hạt nhân có sức chịu đựng cao". Họ lưu ý rằng, những điều kiện về công nghệ và nhiệt độ trong quá trình hình thành molypden sulfua và selenua vonfram rất giống nhau. Tuy nhiên, theo các chuyên gia của Đại học MEPhI, nếu sử dụng những tiền chất (kim loại, oxit kim loại) và phương tiện hoạt động chứa chalcogen, thì có thể lựa chọn các điều kiện cần thiết để tạo ra bàn phim siêu mỏng với những đặc tính cấu trúc và hóa học cụ thể.
Vì các bàn phim có thể hoạt động như chất xúc tác quang học- trong tương lai phát minh này sẽ giúp chiết xuất hiệu quả hơn các thành phần nhiên liệu mặt trời (hydro và oxy) từ nước, mà không sử dụng vật liệu đắt tiền bằng các kim loại nhóm bạch kim.