Des chercheurs du Japon et de Chine ont mené une étude sur les propriétés mécaniques des nanolamelles de disulfure de molybdène (MoS2) à une seule couche avec des bords en forme de chaise. L’équipe a utilisé la microscopie électronique en transmission in situ pour étudier le module de Young des nanolamelles en fonction de leur largeur.

Les chercheurs ont constaté que le module de Young des nanolamelles variait inversement avec leur largeur, avec une rigidité plus élevée des liaisons observée sur les bords en forme de chaise. Ces découvertes, publiées dans la revue Advanced Science, contribuent à une meilleure compréhension de la réponse mécanique des nanolamelles, ce qui est crucial pour leur application dans les dispositifs électroniques, les capteurs et les catalyseurs.

Traditionnellement, le quartz a été utilisé comme résonateur mécanique dans la technologie des capteurs. Cependant, il existe un intérêt croissant pour les matériaux nanométriques avancés tels que les nanolamelles de MoS2 à une seule couche en raison de leur potentiel en tant que résonateurs minces. Comprendre les propriétés physiques et chimiques des bords des nanolamelles est essentiel pour leur mise en œuvre pratique dans ces dispositifs.

Pour mesurer les propriétés mécaniques des nanolamelles, les chercheurs ont développé une nouvelle méthode de mesure micromécanique qui incorpore un résonateur de longueur (LER) à base de quartz dans un porte-objet de microscopie électronique en transmission in situ (TEM). Cette méthode a permis des mesures de haute précision en estimant la constante élastique équivalente des nanolamelles en fonction des variations de fréquence de résonance du LER.

En épluchant la couche la plus externe d’une mosaïque de MoS2 à l’aide d’une pointe de tungstène, les chercheurs ont obtenu une nanolamelle de MoS2 à une seule couche avec une structure de bord en forme de chaise. Ils ont déterminé la largeur et la longueur de la nanolamelle à partir d’images de TEM et ont utilisé le changement de fréquence du LER pour calculer le module de Young.

L’étude a révélé que le module de Young des nanolamelles variait en fonction de leur largeur. Pour les lamelles plus larges, le module restait constant, tandis que pour les lamelles plus étroites, d’une largeur inférieure à 3 nm, il augmentait à mesure que la largeur diminuait. Les chercheurs ont attribué cela à une rigidité plus élevée des liaisons aux bords par rapport à l’intérieur.

Les calculs de la théorie de la fonctionnelle de la densité ont confirmé leurs observations, indiquant que la structure de bord en forme de chaise des nanolamelles entraînait une augmentation de la résistance aux bords en raison du flambage des atomes de Mo et du transfert électronique vers les atomes de S.

La compréhension des propriétés mécaniques des nanolamelles de MoS2 a des implications importantes pour la conception de résonateurs mécaniques à l’échelle nanométrique et ultrafine. Ces découvertes pourraient ouvrir la voie au développement de nanocapteurs intégrés dans des appareils du quotidien tels que les smartphones et les montres, permettant une surveillance en temps réel de l’environnement et fournissant des valeurs numériques pour le sens du goût et de l’odorat.

Source : Liu, C., et al. (2023). Stiffer Bonding of Armchair Edge in Single‐Layer Molybdenum Disulfide Nanoribbons. Advanced Science. DOI: 10.1002/advs.202303477