Des experts appellent à un effort mondial pour éliminer les obstacles à la production de masse – Technoguide

Les scientifiques des matériaux de l’Université Rice et de l’Université de Pennsylvanie appellent à un effort collectif et mondial pour accélérer la production de masse de matériaux 2D comme le graphène et le bisulfure de molybdène.

Dans un article de perspective publié en ligne dans Materials Today, le rédacteur en chef de la revue Jun Lou et ses collègues plaident en faveur d’un effort collectif ciblé pour relever les défis de la recherche qui pourraient ouvrir la voie à la production de masse à grande échelle de matériaux 2D.

Lou et ses collègues scientifiques des matériaux de Rice Ming Tang, Jing Zhang et Fan Wang se sont joints à Vivek Shenoy de Penn pour décrire la transformation potentielle de la technologie des matériaux 2D qui pourrait résulter d’un effort systématique à l’échelle de la communauté pour cartographier les formes des cristaux 2D qui sont cultivés dans les laboratoires. dans le monde entier via un processus connu sous le nom de dépôt chimique en phase vapeur (CVD).

“Comme les flocons de neige dans la nature, les cristaux 2D présentent une riche variété de morphologies dans différentes conditions de croissance”, ont-ils écrit.

La cartographie de ces modèles cristallins uniques et la compilation des cartes dans une base de données mondiale, ainsi que les recettes pour créer chaque modèle, pourraient débloquer une mine d’informations “pour comprendre, diagnostiquer et contrôler le processus CVD et l’environnement pour la croissance de matériaux 2D”, ont écrit les chercheurs.

Le CVD est un processus couramment utilisé pour créer des films minces, y compris des matériaux commercialement importants dans l’industrie des semi-conducteurs. Dans une réaction CVD typique, une feuille plate de matériau appelé substrat est placée dans une chambre de réaction et les gaz sont écoulés à travers la chambre de telle manière qu’ils réagissent et forment un film solide au sommet du substrat.

L’un des objectifs du domaine est de développer un logiciel informatique capable de prédire avec précision les propriétés d’un film mince qui résultera du mélange de gaz réactifs spécifiques dans des conditions spécifiques. La création de tels modèles est compliquée à la fois par une compréhension incomplète des processus physiques et chimiques qui ont lieu pendant le CVD et par l’existence de dizaines de formats de réacteurs CVD.

Cataloguer la forme des cristaux produits par des expériences CVD pourrait fournir aux scientifiques des matériaux des informations importantes sur leur synthèse, de la même manière que les minéralogistes récupèrent des indices précieux sur l’histoire de la Terre en se basant sur l’examen des structures cristallines naturelles, ont suggéré Lou et ses collègues.

“Prenons les beaux flocons de neige comme exemple”, ont écrit les auteurs. “Un fait peut-être surprenant pour beaucoup est que les cristaux de neige peuvent présenter de nombreuses catégories de formes différentes, qui dépendent de la température et de la sursaturation de l’eau de l’atmosphère dans laquelle ils se forment.”

Le scientifique japonais Ukichiro Nakaya, grâce à des observations approfondies de flocons de neige dans la nature et en laboratoire, a développé une figure connue sous le nom de diagramme Nakaya pour aider à déchiffrer les informations contenues dans les flocons de neige. En examinant les formes d’un flocon de neige et en voyant où se trouvent ces formes sur le diagramme de Nakaya, les scientifiques peuvent déterminer les conditions atmosphériques exactes qui ont produit le flocon de neige, ce que Nakaya appelait poétiquement «une lettre du ciel».

Inspiré par le travail de Nakaya, Lou et ses collègues ont créé un diagramme de type Nakaya de motifs cristallins 2D qui ont été produits via CVD et ont démontré comment lui et d’autres diagrammes de morphologie pouvaient être utilisés pour déduire des indices sur les variables de processus telles que les débits de gaz et les températures de chauffage. chaque modèle.

Grâce aux progrès de l’imagerie en temps réel et des systèmes automatisés capables de produire de grands ensembles de données de structures cristallines, les auteurs ont déclaré qu’il existe “un réel potentiel pour que le développement de diagrammes morphologiques devienne une pratique courante et serve de pierre angulaire à la croissance cristalline”.

Source de l’histoire:

Matériel fourni par l’Université Rice. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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