اثر کشش‌سطحی محیط مایع بر بازدهی فرآیند ساخت نانو-پوسته‌های دی‌سولفیدمولیبدن با استفاده از پروب فراصوت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری فیزیک دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی- دانشکده فیزیک

2 استاد گروه ماده چگال/ دانشکده فیزیک/ دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

چکیده

در این مقاله، نانو پوسته‌های دو بعدی دی‌سولفیدمولیبدن [i](MoS2) با استفاده از یک پروب فراصوت در محیط‌های گوناگون مایع تولید شده‌اند. به علت اثر کلیدی کشش سطحی در فرایند پوسته‌سازی و نیز به‌منظور کاهش آثار منفی پسماندهای آزمایش بر محیط زیست، از محلولی استفاده شد که از ترکیب آب و اتانول با نسبت حاصل از رابطه اختلاط کانورس- رایت تشکیل شده است. نتایج طیف‌سنجی فرابنفش- مرئی نشان می‌دهد که با استفاده از محلول مذکور، در مقایسه با سایر مایعات مورد آزمایش، بهترین بازدهی یا به‌عبارتی کمترین ضخامت برای پوسته‌ها حاصل می‌شود. تصاویر تهیه شده با میکروسکوپ الکترونی روبشی و میکروسکوپ الکترونی عبوری و نتایج حاصل از پراش پرتو X از نمونه‌ای که بهترین نتیجه طیف‌سنجی فرابنفش- مرئی را نشان داده است، نیز شواهدی بر موفقیت فرایند پوسته‌سازی و تولید تک‌لایه‌های دی‌سولفیدمولیبدن هستند.



[i]. Molybdenum disulfide

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The effect of surface tension of the liquid medium on the efficiency of the fabrication process of disulfide molybdenum nanoshells using an ultrasonic probe

نویسندگان [English]

  • Najme Sadat Taghavi 1
  • Reza Afzalzadeh 2
1 Ph.D. student K. N. Toosi University of Technology
2 Faculty of Physics, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, 15418-49611, Iran
چکیده [English]

Ultrasonication in liquids is one of the most important approaches to exfoliate 2D materials. Here we described some experiments based on Liquid Phase Exfoliation of Molybdenum Disulfide (MoS2) powder in the water-ethanol solution without any additives. It is reported that MoS2 as a prototype 2D Transition Metal Dichalcogenide, has a bandgap that increases with decreasing layer thickness. There are some factors that affect the average band gap energy value (and the thickness of the exfoliated flakes). In this study, 2D nanoflakes of Molybdenum Disulfide (MoS2) were produced using an ultrasonic probe in various solutions. Because of the key role of surface tension in the exfoliation process, and also to reduce the negative effects of chemical residues on the environment, we used a binary solution consisting of water and ethanol with the ratio determining based on the Connors-Wright equation. Our findings from UV-Visible spectroscopy show that the best efficiency, i.e. the minimum thickness of MoS2 nanoflakes, is obtained for the solution with the mentioned solution. The FESEM and TEM images, and the XRD pattern confirmed that we obtained the few-layers of MoS2.

کلیدواژه‌ها [English]

  • MoS2 nanoflakes
  • LPE method
  • Surface tension
  • Bandgap
  • thickness of layers
[1] صادقی، م.، عبداله، ا.، فلاحی آرزودار، ع. و عابدینی، ر.، "تاثیر ارتعاشات اولتراسونیک بر فعال‌سازی، تحرک و چگالی نابجایی‌ها در مواد فلزی"، نشریه علمی صوت و ارتعاش، 1393، شماره 6، دوره 3، صفحه 33-46.
[2] Pokhrel, N., Vabbina, P. K., and Pala, N., “Sonochemistry: Science and Engineering”, Ultrasonics Sonochemistry, 2016, Vol.29, pp.104-128. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2015.07.023.
[3] Bang, J. H., and Suslick, K. S., “Applications of Ultrasound to the Synthesis of Nanostructured Materials”, Adv. Mater, 2010, Vol.22, pp. 1039–1059. https://doi.org/10.1002/adma.200904093.
[4] شاطرآبادی، د.، ابونجمی، م.، قربانی جاوید، م. و عرب حسینی، ا.، "مقایسه روش فراصوت با دیگر روش‌های نوین در استخراج عصاره گیاهان دارویی"، نشریه علمی صوت و ارتعاش، 1396، شماره 12، دوره 6، صفحه 15-30.
[5] Han, Sang A., Ravi Bhatia, and Sang-Woo Kim. "Synthesis, properties and potential applications of two-dimensional transition metal dichalcogenides." Nano Convergence, 2016, Vol.2, no.1, pp.1-14. https://doi.org/10.1186/s40580-015-0048-4.
[6] Backes C. et al., “Guidelines for Exfoliation, Characterization and Processing of Layered Materials Produced by Liquid Exfoliation”, Chemistry of materials, 2017, vol.29, pp.243−255. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.6b03335.
 [7] تقوی، ن. و افضل‌زاده، ر.، "اثر تغییرات توان تراگذار فراآوایی و زمان تابش امواج فراآوا بر ضخامت نانو-پوسته‌های دو-بعدی دی‌سولفیدمولیبدن ساخته‌شده به روش آوافیزیک"، مجله علمی پژوهشی انجمن مهندسی صوتیات ایران، 1398، شماره 1، جلد 7، صفحه 50-57.
[8] Bonaccorso F., Lombardo A., Hasan T., Sun Z., Colombo L., and Ferrari C., “Production and Processing of graphene and 2d crystals”, Materials Today, 2012, vol.15, no.12, pp.564-589. https://doi.org/10.1016/S1369-7021(13)70014-2.
[9] Jawaid A. et al., “Mechanism for Liquid-Phase exfoliation of MoS2”, Chemistry of Materials, 2016, vol.28,pp.337-348. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.5b04224.
[10] Kim T. H., and Kim S. G., “Clinical Outcomes of Occupational Exposure to N, N-Dimethylformamide: Perspectives from Experimental Toxicology”, Safety and health at work, 2011, vol.2, no.2, pp.97-104. https://doi.org/10.5491/SHAW.2011.2.2.97.
[11] Galvao J., Davis B., Tilley M., Normando E., Duchen M. R., and Cordeiro M. F., “Unexpected low‐dose toxicity of the universal solvent DMSO”, The FASEB Journal, 2014, vol.28, no.3, pp.1317-1330. https://doi.org/10.1096/fj.13-235440.
[12] Marcus Y., “Extraction by Subcritical and Supercritical Water, Methanol, Ethanol and Their Mixtures” Separations, 2018, vol.5, no.1, p.4. https://doi.org/10.3390/separations5010004.
[13] Capello C., and Fischer U., “What is a green solvent? A comprehensive framework for the environmental assessment of solvents”, Green Chemistry,2007, vol.9, no.9, pp.927-934. https://doi.org/10.1039/B617536H.
[14] میرزایی، ب.، "ارایه قانون اختلاط جدید برای پیش‌بینی کشش سطحی مخلوط‌ها "، نشریه علمی-پژوهشی شیمی و مهندسی شیمی ایران، 1393، شماره 2، دوره 33، صفحه 47-53.
[15] Connors K. A., and Wright J., “Dependence of Surface Tension on Composition of Binary Aqueous-Organic Solutions”, Analytical Chemistry, 1989, vol.61, no.3, pp.194-198. https://doi.org/10.1021/ac00178a001.
[16] Qiao W. et al., “Effects of ultrasonic cavitation intensity on the efficient liquid-exfoliation of MoS2 nanosheets”, Rsc Advances, 2014, vol.4, no.92, pp.50981-50987. https://doi.org/10.1039/C4RA09001B.
[17] Vella, Daniele, Victor Vega-Mayoral, Christoph Gadermaier, Natasa Vujicic, Tetiana Borzda, Peter Topolovsek, Matej Prijatelj, Iacopo Tempra, Eva Arianna Aurelia Pogna, and Giulio Cerullo, "Femtosecond spectroscopy on MoS 2 flakes from liquid exfoliation: surfactant independent exciton dynamics", Journal of Nanophotonics, 2015, Vol.10, no.1, p.012508.  https://doi.org/10.1117/1.JNP.10.012508.
[18] Zhu, Juntong, Jiang Wu, Yinghui Sun, Jianwen Huang, Yufei Xia, Hao Wang, Haibo Wang, Yun Wang, Qinghua Yi, and Guifu Zou. "Thickness-dependent bandgap tunable molybdenum disulfide films for optoelectronics." RSC advances, 2016, Vol.6, no.112, pp.110604-110609. https://doi.org/10.1039/C6RA22496B.
[19] Tauc, J., and A. Menth, "States in the gap", Journal of non-crystalline solids, 1972, Vol.8, pp.569-585. https://doi.org/10.1016/0022-3093(72)90194-9
[20] Backes, Claudia, Ronan J. Smith, Niall McEvoy, Nina C. Berner, David McCloskey, Hannah C. Nerl, Arlene O’Neill et al., "Edge and confinement effects allow in situ measurement of size and thickness of liquid-exfoliated nanosheets", Nature communications, 2014, Vol.5, no.1, pp.1-10. https://doi.org/10.1038/ncomms5576
[21] Liu, Y. D., L. Ren, X. Qi, L. W. Yang, G. L. Hao, J. Li, X. L. Wei, and J. X. Zhong, "Preparation, characterization and photoelectrochemical property of ultrathin MoS2 nanosheets via hydrothermal intercalation and exfoliation route", Journal of alloys and compounds, 2013, Vol.571, pp.37-42. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.03.031.
[22] Tonndorf, P., Schmidt, R., Böttger, P., Zhang, X., Börner, J., Liebig, A., Albrecht, M., Kloc, C., Gordan, O., Zahn, D.R. and De Vasconcellos, S.M., 2013, “Photoluminescence emission and Raman response of monolayer MoS 2, MoSe 2, and WSe 2”, Optics express, 2013, Vol.21, no.4, pp.4908-4916. https://doi.org/10.1364/OE.21.004908.