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液态金属合成更好的压电材料-原子薄的一硫化锡

rmit和新南威尔士大学的合作已经将液态金属合成应用于压电材料,推动了柔性、可穿戴电子产品和生物传感器从人体运动中获取能量的未来。

像原子薄的单硫化锡(SnS)这样的材料预计会表现出很强的压电性能,将机械力或运动转化为电能。这种特性,加上它们固有的灵活性,使它们有可能用于开发可用于可穿戴电子设备或内部自供电生物传感器的柔性纳米发电机。

然而,到目前为止,这种潜力在合成大的、高晶体的单分子层锡一硫化物(和其他IV族单硫化合物)方面受到限制,由于层间强耦合造成困难。这项新的研究通过应用RMIT开发的液态金属新技术来合成材料,解决了这个问题。随后的测量证实,用新方法合成的一硫化锡显示出优异的电子和压电性能。由此产生的稳定、灵活的单分子层硫化锡可用于多种设备中,以有效地收集能量。

这项工作开始于两年半前,RMIT和新南威尔士大学的通力合作使其得以实现。Hareem Khan女士是论文的第一作者,她表现出了非凡的毅力,与李永祥教授一起,克服了许多技术挑战,证明了这一概念的可行性。

液态金属的合成

这项史无前例的合成技术涉及到一种硫化锡(SnS)的范德瓦尔斯剥落,这种剥落是在锡暴露在周围的硫化氢(H2S)气体中熔化时在锡表面形成的。H2S在界面上分解并硫化熔体表面形成SnS。

该技术同样适用于其他被预测具有同样强压电特性的单层IV组单硫系化合物。这种基于液态金属的方法允许我们以最小的晶界提取均匀的和大规模的单层SnS。

测量结果证实,该材料具有较高的载流子迁移率和压电系数,这可以转化为在特定的应用应变下产生的电压峰值和加载功率,比以往报道的任何二维纳米发电机都要高得惊人。

设备的高耐用性和灵活性也得到了证明。这证明了合成时非常稳定的单层SnS可以商业化地应用于纳米发电设备中。根据当前技术趋向于智能、便携和灵活的电子技术,它们还可以用于开发用于收获机械人体动作的传感器。

该结果是迈向压电基的、灵活的、可穿戴的能量清除装置的一步。这也提供了一个前所未有的合成技术的大型(晶圆)规模的锡一硫化物单层。

压电材料

压电材料可以将施加的机械力或应变转化为电能。最著名的是用于燃气烤架和烟囱的简单的“压电”打火机,感应加速突然变化的压电电子设备用于触发汽车安全气囊,更敏感的设备识别移动电话的方向变化或形成声音和压力传感器的基础。

更敏感的压电材料可以利用极小的机械位移、振动、弯曲或拉伸产生的小电压,为微型设备提供动力,例如植入人体的生物传感器,无需外部电源。

这项名为“基于液态金属的高性能单层SnS压电纳米发电机的合成”的研究发表在2020年7月的《自然通讯》上。

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