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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  作者:佚名  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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