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Un nuevo método sintetiza láminas ultradelgadas de materiales 2D

Los materiales bidimensionales son buenos candidatos para revolucionar el mundo de la electrónica hacia dispositivos transparentes y flexibles. Científicos de la Universidad Autónoma de Madrid y el IMDEA han desarrollado un método muy sencillo para sintetizar trióxido de molibdeno, un material 2D flexible y transparente, a escala de centímetros y emplearlo en sensores de radiación ultravioleta y fotodetectores autoalimentados.

A la izquierda se muestra una fotografía tomada con microscopio óptico de cristales de trióxido de molibdeno. A la derecha se muestra una fotografía de una capa extensa de trióxido de molibdeno / UAM Gazette

El descubrimiento del grafeno en 2004 por A. Geim y K. Novoselov (el primer material bidimensional, con un espesor de ~0.3 nm) no solo supuso una revolución en el mundo de la Física, sino que abrió la puerta al desarrollo de electrónica flexible y transparente basada en materiales 2D.

Sin embargo, el grafeno ya no está solo, ahora hay un amplio abanico de materiales que son susceptibles de ser fabricados en 2D. Entre ellos encontramos el trióxido de molibdeno, un semiconductor de alto interés en el campo de la optoelectrónica debido a su alta transparencia a la luz visible y la posibilidad de implementarlo en dispositivos flexibles.

El proceso es tan sencillo como colocar una lámina de molibdeno en la placa calefactora, provocando la oxidación de su superficie

El principal inconveniente de estos materiales es su costoso, largo y complejo proceso de síntesis. Por ello, científicos de la Universidad Autónoma de Madrid y el IMDEA Nanociencia, han trabajado en el desarrollo de un nuevo y sencillo método para sintetizar, por primera vez, láminas ultradelgadas (unos pocos nanómetros de espesor) y extensas (varios centímetros cuadrados de superficie) de trióxido de molibdeno.

Los métodos empleados en la síntesis de materiales 2D requieren normalmente temperaturas muy altas (~1000 °C), tiempos muy largos (varias horas o días) y atmósfera inerte y controlada, mientras que el método desarrollado por estos científicos requiere simplemente una placa calefactora a una temperatura de ~500 °C, funcionando en aire (atmósfera ambiente) y tiempos de síntesis de solo entre 20 y 30 minutos.

Proceso de fabricación de láminas de trióxido de molibdeno

"El grafeno ya no está solo, ahora hay un amplio abanico de materiales que son susceptibles de ser fabricados en 2D", dice Molina-Mendoza

“El proceso es tan sencillo como colocar una lámina de molibdeno en la placa calefactora, provocando la oxidación de su superficie; puesto que el trióxido de molibdeno es muy volátil, el vapor formado en la superficie es capaz de depositarse sobre un sustrato de mica y formar cristales de cientos de micras de largo y ancho y unos pocos nanómetros de espesor. Todo ello gracias al fenómeno conocido como crecimiento epitaxial por van der Waals”, explica Aday J. Molina-Mendoza, investigador de IMDEA Nanociencia y autor principal del estudio junto con Andrés Castellanos-Gómez, del mismo centro. “Estos cristales pueden ser fácilmente desacoplados del sustrato de mica una vez crecidos y ser transferidos a un sustrato arbitrario mediante un sencillo método de transferencia”, añade.

Los autores de este trabajo han empleado estas láminas extensas y ultradelgadas de trióxido de molibdeno en la fabricación de sensores de radiación ultravioleta transparentes a la luz visible (recubrimientos inteligentes) y, en combinación con disulfuro de molibdeno (otro semiconductor bidimensional), para fabricar fotodetectores de luz visible autoalimentados que pueden funcionar sin baterías o cualquier otro tipo de alimentación externa.

Referencia bibliográfica:

Aday J. Molina-Mendoza, José L. Lado, Joshua O. Island, Miguel Angel Niño, Lucía Aballe, Michael Foerster, Flavio Y. Bruno, Alejandro López-Moreno, Luis Vaquero-Garzon, Herre S. J. van der Zant, Gabino Rubio-Bollinger, Nicolás Agraït, Emilio M. Pérez, Joaquín Fernández-Rossier, and Andres Castellanos-Gomez. Centimeter-Scale Synthesis of Ultrathin Layered MoO3 by van der Waals Epitaxy. Chem. Mater. DOI: 10.1021/acs.chemmater.6b01505

El trabajo ha sido liderado por Aday J. Molina-Mendoza (UAM) y Andrés Castellanos-Gómez (IMDEA Nanociencia), y se ha llevado a cabo en colaboración con científicos tanto de la UAM y el IMDEA Nanociencia, como del Iberian Nanotechnology Laboratory (Portugal), la Universidad Tecnológica de Delft (Países Bajos), el sincrotrón ALBA (España) y la Universidad de Ginebra (Suiza).

Fuente: Universidad Autónoma de Madrid
Derechos: Creative Commons

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