首款2D压电材料模拟智能皮肤

上网时间: 2014年10月23日? 作者:R. Colin Johnson? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:2D压电材料? 压电效应? 穿戴式设备?

美国哥伦比亚大学(Columbia University)与乔治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)的研究人员们日前展示合作开发的全球首款 2D 压电(piezoelectric)材料。这种名为"二硫化钡"(molybdenum disulfide;MoS2)的无机化合物可望成为后硅晶时代的半导体替代材料。

大量的MoS2并不具有压电效应。然而,专门研究压电材料的乔治亚理工学院教授王中林以及专门研究奈米制造技术的哥伦比亚大学教授James Home发现,MoS2在弯曲或以原子单层沈积于软性基板上,就能够"发电"——这同时也是压电材料的一大特色。

而当MoS2以两个原子单层彼此覆盖时,这种压电效应就消失了——显然是因为晶格结构由于彼此吸附而消除了在原子单层时所产生的电能。然而,如果堆栈三个原子单层时,其压电效应又几乎加倍。研究人员指出,其诀窍就在于确认以奇数方式堆栈2D的MoS2原子单层。不过,即使堆栈三层MoS2后,所产生的电量仍十分稀少,因此研究人员正尝试以更多双数原子层进行实验。

乔治亚理工学院与哥伦比亚大学展示薄如原子的MoS2半导体可产生压电与压电电子效应(来源:Rob Felt,Georgia Tech)王中林表示:"薄如原子的MoS2能够产生的电量相当小,连为一支手机充电都不够。它的输出甚至比我们从单氧化锌(ZnO)奈米线取得的输出量更低。但第一次的实验报告重点在于确认 MoS2 原子薄层存在压电特性。从这种 2D 材料发现的新特性,可望开启未来更多的应用。"

例如, MoS2 的 2D 单层可作为超敏感的传感器,而非供电来源。所用的薄层堆栈层数越少,所制造出来的组件就越有弹性、越可拉伸以及越灵敏——特别重要的是如果用来作为传感器时。而在施加电压时,它就像人造肌肉一样具有弹性且可拉伸。单层MoS2还可使材料变得几乎完全透明。

首款2D压电材料模拟智能皮肤_《国际电子商情》MoS2组件以及红圈所示测试区域两侧的电极(黑色)特写(来源:Rob Felt,Georgia Tech)_1
MoS2组件以及红圈所示测试区域两侧的电极(黑色)特写

(来源:Rob Felt,Georgia Tech,下同)

王中林表示:"这种 2D 材料所提供的优点包括高可挠性以及较大的机械强度,因而能与软性基板整合,模拟智能皮肤。所以,这种新材料可在应变测量中作为扮演重角色的传感器,以及利用压电电子效应制造由机械应力控制的功能性组件。"

本文授权编译自EE Times,版权所有,谢绝转载

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