Предполагается, что такие материалы, как атомарно тонкий моносульфид олова (SnS), будут демонстрировать сильные пьезоэлектрические свойства, преобразуя механические силы или движение в электрическую энергию.
Это свойство, наряду с присущей им гибкостью, делает их вероятными кандидатами на разработку гибких наногенераторов, которые могут использоваться в носимой электронике или внутренних биосенсорах с автономным питанием.
Однако до настоящего времени этот потенциал сдерживался ограничениями в синтезе крупных высококристаллических моносульфидов олова (и других монохалькогенидов группы IV), с трудностями, вызванными сильным межслоевым взаимодействием.
Новое исследование решает эту проблему за счет применения новой технологии жидких металлов, разработанной в РМИТ, для синтеза материалов.
Последующие измерения подтверждают, что моносульфид олова, синтезированный с использованием нового метода, демонстрирует отличные электронные и пьезоэлектрические свойства.
Полученный стабильный, гибкий однослойный моносульфид олова может быть использован в различных устройствах для эффективного сбора энергии.
Работа началась более двух с половиной лет назад, и тесное сотрудничество между RMIT и UNSW позволило ей добиться результатов. Г-жа Харим Хан, первый автор статьи, продемонстрировала замечательную настойчивость в преодолении многих технических проблем, чтобы продемонстрировать жизнеспособность концепции, с профессором Юнсян Ли.
СИНТЕЗ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА
Используемая беспрецедентная технология синтеза включает ван-дер-ваальсовое расслоение сульфида олова (SnS), который образуется на поверхности олова при его плавлении, когда он подвергается воздействию окружающей среды газообразного сероводорода (H2S). H2S разрушается на границе раздела и сульфирует поверхность расплава с образованием SnS.
Этот метод в равной степени применим к другим монохалькогенидам группы IV монослоя, которые, как ожидается, будут демонстрировать такое же сильное пьезоэлектричество.
Этот метод на основе жидкого металла позволяет нам извлекать однородные и крупномасштабные монослои SnS с минимальными границами зерен.
Измерения подтверждают, что материал обладает высокой подвижностью носителей и пьезоэлектрическим коэффициентом, что выражается в исключительных пиковых значениях генерируемого напряжения и мощности нагрузки для конкретной приложенной деформации, значительно превышающих значения любого ранее описанного 2D-наногенератора.
Также демонстрируется высокая долговечность и универсальность устройств.
Это свидетельствует о том, что очень стабильный монослойный SnS после синтеза может быть коммерчески реализован в энергетических наноустройствах.
Они также могут быть использованы для разработки датчиков для измерения механических движений человека в соответствии с текущими технологическими тенденциями в области интеллектуальной, портативной и гибкой электроники.
Результаты являются шагом к созданию гибких носимых устройств, поглощающих энергию, на основе пьезоэлектрических элементов.
Он также представляет беспрецедентную технику синтеза монослоев моносульфида олова большого (пластинчатого) размера.
ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Пьезоэлектрические материалы могут преобразовывать приложенную механическую силу или деформацию в электрическую энергию.
Наиболее известная по названию простая пьезоэлектрическая зажигалка, используемая для газовых барбекю и плит, пьезоэлектрические устройства, обнаруживающие внезапные изменения ускорения, используются для срабатывания автомобильных подушек безопасности, а более чувствительные устройства распознают изменения ориентации в мобильных телефонах или формируют основа датчиков звука и давления.
Даже более чувствительные пьезоэлектрические материалы могут использовать преимущества малых напряжений, генерируемых чрезвычайно малым механическим смещением, вибрацией, изгибом или растяжением, для питания миниатюрных устройств, например биосенсоров, встроенных в тело человека, устраняя необходимость во внешнем источнике питания.