Videnskab
 science >> Videnskab >  >> nanoteknologi

2-D oxidflager opfanger overraskende elektriske egenskaber

Elektroner-elektroner fanget i defekter i todimensionalt molybdænoxid-giver materialet piezoelektriske egenskaber, ifølge forskere fra Rice University. Defekterne (blå) vises i materialet under dannelse i en ovn, og generere et elektrisk felt under pres. Kredit:Ajayan Research Group/Rice University

Forskere fra Rice University har fundet tegn på piezoelektricitet i laboratoriedyrket, todimensionelle flager af molybdæn.

Deres undersøgelse viste, at de overraskende elektriske egenskaber skyldes elektroner fanget i defekter i hele materialet, som er mindre end 10 nanometer tyk. De karakteriserer disse ladninger som elektroner, som forekommer i nogle isolerende materialer og genererer interne og eksterne elektriske felter.

Piezoelektricitet er ligeledes en egenskab af materialer, der reagerer på stress ved at generere en elektrisk spænding over deres overflader eller generere mekanisk belastning som reaktion på et påført elektrisk felt. Det har mange praktiske og videnskabelige anvendelser, fra konvertering af en wiggling guitar streng til et elektrisk signal til scanning af mikroskoper som dem, der blev brugt til at gøre det nye fund.

Forskerne ved Rice's Brown School of Engineering fandt, at deres mikronskala flager udviser en piezoelektrisk respons, der er lige så stærk som den, der observeres i sådanne konventionelle 2-D piezoelektriske materialer som molybdendisulfid. Rapporten fra Rice -materialeforsker Pulickel Ajayan og samarbejdspartnere vises i Avancerede materialer .

Nøglen ser ud til at være defekter, der gør molybdendioxid's krystalgitter ufuldkommen. Når anstrengt, dipolerne af elektroner fanget i disse defekter ser ud til at flugte, som med andre piezoelektriske materialer, skabe et elektrisk felt, der fører til den observerede effekt.

"Super tynd, 2-D krystaller viser fortsat overraskelser, som i vores undersøgelse, "Ajayan sagde." Defekt teknik er en nøgle til at konstruere egenskaber ved sådanne materialer, men er ofte udfordrende og svært at kontrollere. "

"Molybdæn forventes ikke at vise nogen piezoelektricitet, "tilføjede Rice -postdoktorforsker Anand Puthirath, en medsvarende forfatter til papiret. "Men fordi vi gør materialet så tyndt som muligt, indespærringseffekter kommer ind i billedet. "

Han sagde, at virkningen forekommer i molybdændioxidflager dyrket ved kemisk dampaflejring. Ved at stoppe vækstprocessen på forskellige punkter gav forskerne en vis kontrol over fejlenes tæthed, hvis ikke deres distribution. Hovedforfatter og Rice-alumna Amey Apte tilføjede forskernes enkeltkemikalie, precursor-baseret dampaflejringsteknik "hjælper med reproducerbarhed og ren natur af voksende molybdænoxid på en række forskellige underlag."

Forskerne fandt, at den piezoelektriske effekt er stabil ved stuetemperatur i betydelige tidsskalaer. Molybdændioxidflagerne forblev stabile ved temperaturer op til 100 ° Celsius (212 grader Fahrenheit). Men glødning af dem i tre dage ved 250 ° C (482 ° F) eliminerede defekterne og stoppede den piezoelektriske effekt.

Puthirath sagde, at materialet har mange potentielle anvendelser. "Den kan bruges som energihøster, fordi hvis du belaster dette materiale, det vil give dig energi i form af elektricitet, "sagde han." Hvis du giver det spænding, du fremkalder mekanisk ekspansion eller kompression. Og hvis du vil mobilisere noget på nanoskalaen, du kan simpelthen anvende spænding, og dette vil udvide og flytte den partikel, som du vil. "