Отечественные специалисты смогли синтезировать двухмерные плёнки дисульфида молибдена на достаточно большой площади – в несколько десятков квадратных сантиметров. Работа освещена в журнале ACS Applied Nano Materials. Изобретение найдёт своё применение в электронике и оптоэлектронике.
Двухмерные материалы сегодня заслуживают всё большую популярность. Материалы, имеющие толщину всего в один атом, обладают подчас уникальными свойствами. Среди таких материалов встречаются проводники, полупроводники и диэлектрики, металлы, полуметаллы и неметаллы. Самым популярным двухмерным материалом, конечно же, является графен. У этого двухмерного электрона рекордная подвижность заряда. Однако его применение в электронике ограничено, поскольку в нормальных условиях графен не имеет запрещённой зоны. Так называют участок материала, разделяющий валентную зону и зону проводимости; запрещённая зона – элемент структуры материала, характерный для полупроводников и диэлектриков.
Материалом с оптимальной шириной запрещённой зоны, пригодной для использования в электронике, является как раз дисульфид молибдена. Двухмерная его форма напоминает сэндвич: атомы серы наслаиваются на атомы молибдена.
Дисульфид молибдена может стать основой для создания, к примеру, гибких и прозрачных электронных устройств, его можно применять в компьютерах нового поколения (в частности – в оптических компьютерах). Однако перед тем, как пускать его в массовое производство, необходимо научиться создавать его плёнки, имеющие достаточно большую площадь.
Учёные научились создавать такие плёнки с помощью особого метода. Он состоит из двух частей. Вначале посредством атомно-слоевого осаждения выращивается плёнка триоксида молибдена, а затем она помещается в среду с парами серы, из-за чего атомы кислорода в плёнке замещаются серой. Так получается дисульфид молибдена. Учёные теперь могут получать такие плёнки, имеющие достаточно большую ширину.
Процесс создания первичной (триоксидной) плёнки строго контролируется, благодаря чему её толщина на всём протяжении не превышает одного атома.
Было установлено, что структура полученной поверхности зависит от условий изготовления. Если температура получения сульфида составляет 500 градусов, то образуется аморфная структура с «кусочками кристаллов» размером в несколько нанометров. При дальнейшем повышении температуры размер кристаллических включений растёт. При этом слои вещества ориентированы перпендикулярно поверхности, а само вещество обладает большой каталитической активностью.
Для использования в электронике необходимо, чтобы слои были ориентированы параллельно поверхности. Это можно сделать, если процесс производится при ещё более высокой температуре – от 900 до 1000 градусов.
Сегодня учёные уже могут синтезировать плёнки дисульфида молибдена, имеющие толщину всего в два атома. Такой материал уже имеет коммерческую ценность, то есть вполне может быть внедрён в производство электронных устройств.
Дисульфид молибдена может быть применён и в других областях. Это могут быть, например, осмотические мембраны – то есть такие, которые способны пропускать через себя лишь молекулы определённого размера. Это может использоваться для генерации тока между солёной и пресной водой.
Это вещество долгое время не отличали от графита, поскольку внешне их кристаллы очень похожи. В некоторой степени сходными оказались и свойства этих веществ. Из дисульфида молибдена, к примеру, сегодня получают чернильную массу, которая обладает необычными свойствами: она поглощает пары воды в темноте и разлагается на свету, выделяя кислород и водород.
Уже достаточно давно дисульфид молибдена применяется как высококачественная смазка, в том числе в авиационных двигателях. Известны и самосмазывающиеся покрытия, в составе которых имеется это вещество. Однако в функции смазки дисульфид молибдена может применяться только в герметичных системах, освобождённых от воздуха: под действием кислорода и воды это соединение быстро преобразуется в оксид молибдена – твёрдый абразив.
Гарантия
Сервис
Подбор
Госзакупки
