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液态金属合成,以获得更好的压电材料:原子稀薄的单硫化锡

信息来源:星火计划 发布时间:【2020-08-17 】 点击次数:
RMIT与UNSW的合作已将液态金属合成技术应用于压电材料,从而推动了未来的柔性,可穿戴电子设备以及生物传感器从人体运动中汲取能量。
实用的可穿戴设备中的输出电压:拉伸弯曲和松弛过程中的电压输出(两电极设备)。信用:FLEET
诸如原子薄的单硫化锡(SnS)之类的材料预计会显示出强大的压电特性,从而将机械力或运动转换为电能。这种特性及其固有的灵活性使它们成为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的候选对象。
 
然而,迄今为止,由于合成高的,高度结晶的单层锡单硫化锡(和其他IV类单硫属元素化物)的局限性,这种潜力一直受到阻碍,但由于层间强耦合而造成困难。这项新研究通过应用RMIT开发的一种新的液态金属技术来合成材料,从而解决了这一问题。随后的测量结果证实,使用新方法合成的单硫化锡显示出优异的电子和压电性能。可以将所得的稳定,柔软的单层单硫化锡锡结合到各种设备中,以进行有效的能量收集。
 
这项工作开始于两年半之前,RMIT和UNSW之间的强有力合作使它得以实现。该论文的第一作者Hareem Khan女士与李永祥教授一起展示了非凡的毅力,克服了许多技术挑战,证明了该概念的可行性。
 
液态金属合成
 
前所未有的合成技术涉及硫化锡(SnS)的范德华剥落,该锡在熔化时会在锡表面上形成,同时暴露于硫化氢(H 2 S)气体的环境中。H 2 S在界面上分解,并使熔体表面硫化,形成SnS。
 
该技术同样适用于预计具有相同强压电性的其他单层IV类单硫族化物。这种基于液态金属的方法使我们能够以最小的晶界提取均匀且大规模的SnS单层。
 
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,对于特定的施加应变,这可以转化为出众的产生电压和负载功率峰值,比以前报道的任何二维纳米发电机都要高。
透射电子显微镜(TEM)图像:原子薄(单层)硫化锡纳米片(比例尺为500 nm)来源:FLEET
还展示了设备的高耐用性和灵活性。这证明了非常稳定的合成后单层SnS可以在商业上用于发电纳米设备中,也可以根据当前对智能,便携式和柔性电子技术的技术倾向,用于开发传感器来采集人体的机械运动。 。
 
 
 
结果是向基于压电的,柔性的,可穿戴的能量清除器件迈出了一步,也为大型(晶圆)单硫化锡单层提出了前所未有的合成技术。
 
压电材料
 
压电材料可以将施加的机械力或应变转换为电能。以用于燃气烧烤炉和炉灶的简单“压电”打火机而闻名,感应加速突然变化的压电设备被用来触发汽车安全气囊,更灵敏的设备可识别手机的方向变化或形成声音的基础。压力传感器。
 
甚至更高灵敏度的压电材料也可以利用由极小的机械位移,振动,弯曲或拉伸产生的小电压来为微型设备(例如嵌入人体中的生物传感器)供电,从而无需外部电源。
 
这项研究“高性能单层SnS压电纳米发电机的液态金属合成”于2020年7月发表在《自然通讯》上。

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