Як створити найтонший п'єзогенер у світі

Якщо є будь-яка впевненість у відкритті цього року. Про місяць тому дослідники з Колумбійського машинобудування та Інституту технологій Грузії повідомляли про перший експериментальний огляд п'єзоелектричних і п'єзотронних ефектів в анатомічно тонкому матеріалі, молібден дісульфат (MoS2). В результаті може бути унікальний генератор живлення, механогенний пристрій, який оптично прозорий, дуже легкий, гнучкий і еластичний.

У статті опубліковано в журналі Nature, дослідницька команда двох інститутів продемонструвала механічні джерела енергії в двовимірному (2D) матеріалі з MoS2. П'єзоелектричний ефект в цьому матеріалі був раніше чисто теоретичним.

П'єзоелектричність є відомим ефектом, в якому простягається або стиснений матеріал виробляє електричну напругу (або навпаки, коли напругу наноситься викликає її розширення або контракту). Однак для матеріалів кілька атомів товстої, ефект п'єзоелектрики ще не спостерігається експериментально. Остання робота з дісульфідом молібдену відкриває потенціал для нових типів механічно керованих електронних пристроїв.

«Цей матеріал — всього в одному анатомічному шарі — можна перетворювати в зносний пристрій, інтегрований в одяг для перетворення енергії рухів вашого тіла в електрику, а також зносостійкі датчики або медичні пристрої; можливо, достатньо енергії для навіть заряду телефону в кишені», – розповідає Джеймс Гон, професор механічної техніки та співавтор паперу.

«Підтвердження п’єзоелектричних і п’єзотронних ефектів додає нові функціональні можливості аналогічним двовимірним матеріалам», - сказав Жан Лін Вон, також співавтор дослідження. Вчені матеріалів радують молібденовим дісульфідом, а демонстрація п'єзоелектричної дії на його прикладі дає новий погляд на матеріал.



Р



У 2008 році графен, двовимірна форма вуглецю, є найсильнішим матеріалом. Разом з Lin Wang, вони також активно вивчають нові властивості 2D матеріалів, таких як garfen і MoS2, а також, як вони простягаються і контракту.

Чжонг Лін Вон та його дослідницька команда були піонерами в галузі пекзоелектричних наногенераторів, які перетворюють механічну енергію в електрику. Разом з післядокторальним дослідником Wenzhuo Wu, вони також розвивають пирогтронні пристрої, які використовують пирогелектричні заряди для контролю потоку струму, що протікає через матеріал – так само, як це робить в звичайних триточкових перетворювачах.

Існує два способи використання молібденового дісульфіду, щоб генерувати струм: за допомогою непарних шарів і вигину його в правильному напрямку. Матеріал вкрай полярний, але як знаки Zhong Lin Won, навіть кількість шарів скасовує п'єзоелектричний ефект. Кришталева структура матеріалу також є пекзоелектричними тільки при певному розміщенні кристалів.





Щоб працювати на природі, команда Hon помістила тонкі пластівці MoS2 на гнучких пластикових підкладках і визначила, як навігуються кристали за допомогою оптичних методів. Потім металеві електроди наносилися до пластівців. У дослідженні, проведеному в Університеті Грузії, група Ваугн встановлена вимірювальні електроди на зразках, передбачених групою Хона, а потім вимірюється струмовий потік при механічної деформації зразків. Вони відстежують перетворення механічної енергії в електричну енергію, а також вимірюють напругу і струмовий вихід.

«З того, що ми знайшли, цікавим є те, що матеріал MoS2, який не є п'єзоелектричним у масовій формі, стає так, коли він втрачає вагу до моноатомного шару. й

Щоб стати п'єзоелектричним матеріалом, необхідно розбити центральну симетрію. В об'ємі MoS2 послідовні шари орієнтовані на протилежні напрямки і генерують позитивні і негативні напруження, які компенсують один одному, тим самим даючи нульовий п'єзоелектричний ефект.

В основному, MoS2 є однією з груп двовимірних напівпровідникових матеріалів, відомих як перехід металевих dichalcogenides, всі з яких прогнозуються мати аналогічні пирогелектричні властивості. Ці, в свою чергу, є частиною ще більшої сім'ї двовимірних матеріалів, з яких пирогелектричні матеріали залишаються незакритими. З огляду на те, що в порівнянні з традиційними матеріалами можна значно розтягнути двовимірні матеріали. Традиційні керамічні пизоелектрики досить крихкі.

Дослідження можуть відкрити двері для розробки нових додатків для таких матеріалів і вивчення їх унікальних властивостей.

«Це перша експериментальна робота в галузі, яка демонструє елегантний приклад того, як світові зміни, коли розмір матеріалу стискається на масштаби одного атома». Ми готові створювати корисні пристрої для всіх видів додатків.

В кінцевому підсумку, як зазначив Zhong Lin Won, дослідження може призвести до створення повноцінної наносистеми в одній атомі товстої, яка повністю автономно збирати механічну енергію з навколишнього середовища. Цей дослідження також демонструє вперше пекотронічний ефект двовимірного матеріалу, що значно розширює застосування шарованих матеріалів у всіх сферах сучасної електроніки.

Джерело: hi-news.ru