全球最纖薄的發電機問世
- 發佈時間：2014-10-23 01:30:39 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報訊 美國科學家在近日出版的《自然》雜誌線上版報告稱，他們首次在一塊單個原子厚度的二硫化鉬（MoS2）內觀察到了壓電效應，證實了此前的理論預測，並研製出全球最纖薄的發電機兼力學感知設備，其不僅非常透明輕質且可彎曲可拉伸。
壓電效應指的是拉伸或按壓一種材料會導致其産生電壓，或者反過來，施加電壓會導致物質被拉伸或者收縮。迄今為止，科學家們仍沒有在幾個原子厚度的材料內觀測到壓電效應。該研究的合作者、佐治亞理工學院材料科學和工程學教授王中林（音譯）表示：“最新研究不僅為二硫化鉬等二維材料提供了新屬性，也有助於科學家們研製出採用力學控制的新型電子設備。”
另一合作者、哥倫比亞大學力學工程學教授詹姆斯·霍恩表示：“這種材料只有單個原子層那麼厚，有望被製成可穿戴式設備，或許可以將其整合進布料內，將人體運動的能量轉變為電，從而為可穿戴感測器、醫療設備或手機供電。”
王中林表示，使用二硫化鉬發電有兩個關鍵點：使用奇數層並讓其在正確的方向彎曲，因為偶數層會將壓電效應相互抵消。
在最新研究中，霍恩團隊將纖薄的二硫化鉬薄片放置在柔性塑膠基座上，並使用光學技術確定其晶格的導向，隨後，他們將金屬電極置於該薄片上。王中林團隊則將測量電極安裝在霍恩團隊提供的樣本上，接著根據樣本的力學變形而測量電流。他們監控機械能與電能之間的轉換並觀察電壓和電流輸出。
研究人員稱，當他們改變施加的拉伸力的方向時，輸出電壓也會顛倒，而且，如果層數為偶數的話，樣本中的電壓也會消失，這是科學家們首次在奇數層二硫化鉬中觀察到壓電效應。
王中林説：“像二硫化鉬這樣的材料，塊頭很大時並不會出現壓電效應；但當其厚度僅為一個原子時，壓電效應就會出現，這一點真令人著迷。”
實際上，二硫化鉬為過渡金屬硫族化合物的二維半導體材料中的一種，這些硫族化合物都被認為擁有同樣的壓電效應，最新研究或許為這些材料擁有的獨特屬性和用武之地打開了大門。
王中林強調稱，最新研究首次揭示了二維材料的壓電效應，大大拓展了多層材料在人機交互、機器人、微機電系統以及主動柔性電子器件領域的應用潛能。最終，我們或許可以研製出原子厚度的奈米系統，其可以利用來自於周圍環境的機械能供電。（劉霞）
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