作者:王中林 来源:《自然》 发布时间:2014/10/24 11:04:25
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全球最纤薄的发电机问世

 

美国科学家在近日出版的《自然》杂志在线版报告称,他们首次在一块单个原子厚度的二硫化钼(MoS2)内观察到了压电效应,证实了此前的理论预测,并研制出全球最纤薄的发电机兼力学感知设备,其不仅非常透明轻质且可弯曲可拉伸。

压电效应指的是拉伸或按压一种材料会导致其产生电压,或者反过来,施加电压会导致物质被拉伸或者收缩。迄今为止,科学家们仍没有在几个原子厚度的材料内观测到压电效应。该研究的合作者、佐治亚理工学院材料科学和工程学教授王中林(音译)表示:“最新研究不仅为二硫化钼等二维材料提供了新属性,也有助于科学家们研制出采用力学控制的新型电子设备。”

另一合作者、哥伦比亚大学力学工程学教授詹姆斯·霍恩表示:“这种材料只有单个原子层那么厚,有望被制成可穿戴式设备,或许可以将其整合进布料内,将人体运动的能量转变为电,从而为可穿戴传感器、医疗设备或手机供电。”

王中林表示,使用二硫化钼发电有两个关键点:使用奇数层并让其在正确的方向弯曲,因为偶数层会将压电效应相互抵消。

在最新研究中,霍恩团队将纤薄的二硫化钼薄片放置在柔性塑料基座上,并使用光学技术确定其晶格的导向,随后,他们将金属电极置于该薄片上。王中林团队则将测量电极安装在霍恩团队提供的样本上,接着根据样本的力学变形而测量电流。他们监控机械能与电能之间的转换并观察电压和电流输出。

研究人员称,当他们改变施加的拉伸力的方向时,输出电压也会颠倒,而且,如果层数为偶数的话,样本中的电压也会消失,这是科学家们首次在奇数层二硫化钼中观察到压电效应。

王中林说:“像二硫化钼这样的材料,块头很大时并不会出现压电效应;但当其厚度仅为一个原子时,压电效应就会出现,这一点真令人着迷。”

实际上,二硫化钼为过渡金属硫族化合物的二维半导体材料中的一种,这些硫族化合物都被认为拥有同样的压电效应,最新研究或许为这些材料拥有的独特属性和用武之地打开了大门。

王中林强调称,最新研究首次揭示了二维材料的压电效应,大大拓展了多层材料在人机交互、机器人、微机电系统以及主动柔性电子器件领域的应用潜能。最终,我们或许可以研制出原子厚度的纳米系统,其可以利用来自于周围环境的机械能供电。(来源:科技日报 刘霞)

 
 
 
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