Imágenes de microscopía de fuerza atómica de GaPO 2D 4 y mediciones piezoeléctricas a diferentes voltajes aplicados Crédito:FLEET
Primera deposición de superficie 2-D a gran escala de material piezoeléctrico:simple, Esta técnica económica abre nuevos campos para los sensores piezoeléctricos y la recolección de energía.
Los investigadores han desarrollado un método revolucionario para 'imprimir' hojas a gran escala de material piezoeléctrico bidimensional, abriendo nuevas oportunidades para piezo-sensores y recolección de energía.
En tono rimbombante, el proceso económico permite la integración de componentes piezoeléctricos directamente en chips de silicio.
Hasta ahora, no se ha fabricado ningún material piezoeléctrico 2-D en láminas grandes, haciendo imposible su integración en chips de silicio o su uso en la fabricación de superficies a gran escala.
Esta limitación significó que los dispositivos de acelerómetro piezoeléctrico, como los activadores de las bolsas de aire del vehículo o los dispositivos que reconocen los cambios de orientación en los teléfonos móviles, debían estar separados, componentes costosos para ser incrustados en sustratos de silicio, agregando costos de fabricación significativos.
Ahora, Los investigadores de FLEET de la Universidad RMIT en Melbourne han demostrado un método para producir láminas de fosfato de galio 2-D a gran escala, permitiendo que este material se forme a gran escala a bajo costo, procesos de fabricación a baja temperatura sobre sustratos de silicio, o cualquier otra superficie.
Fosfato de galio (GaPO 4 ) es un material piezoeléctrico importante comúnmente utilizado en sensores de presión y medición de masa a escala de microgramos, particularmente en altas temperaturas u otros entornos hostiles.
"Como suele ocurrir en la ciencia, este trabajo se basa en éxitos pasados, "El investigador principal, el profesor Kourosh Kalantar-zadeh, explica." Adoptamos la técnica de deposición de material líquido-metal que desarrollamos recientemente para crear películas 2-D de GaPO 4 a través de un fácil, proceso de dos pasos ".
Profesor Kalantar-zadeh, ahora profesor de Ingeniería Química en UNSW, dirigió el equipo que desarrolló el nuevo método mientras era profesor de Ingeniería Electrónica en la Universidad RMIT. El trabajo se materializó como resultado de la importante contribución del Dr. Torben Daeneke de RMIT y la extrema persistencia y enfoque mostrado por el primer autor del trabajo. Doctor. investigador Nitu Syed.
El nuevo método revolucionario permite crecimiento económico de área grande (varios centímetros), banda ancha GaPO 2-D 4 nanohojas de espesor de celda unitaria.
Es la primera demostración de fuerte, piezoelectricidad fuera del plano del popular material piezoeléctrico.
Superior:impresión 2D de van der Waals de Ga 2 O 3 nanohoja de galio metálico líquido. Inferior:sistema de reacción de fase de vapor químico para transformar Ga 2 O 3 a GaPO 4 nanohojas. Crédito:FLOTA
El proceso de dos pasos
Aplicaciones
El nuevo proceso es simple, escalable baja temperatura y rentable, expandiendo significativamente la gama de materiales disponibles para la industria a tales escalas y calidad.
El proceso es adecuado para la síntesis de GaPO independiente 4 nanohojas. El método de síntesis a baja temperatura es compatible con una variedad de procedimientos de fabricación de dispositivos electrónicos, proporcionando una ruta para el desarrollo de futuros materiales piezoeléctricos bidimensionales.
Así de simple, El procedimiento compatible con la industria para imprimir películas piezoeléctricas bidimensionales de gran superficie en cualquier sustrato ofrece enormes oportunidades para el desarrollo de sensores piezoeléctricos y recolectores de energía.
Materiales piezoeléctricos
Estos son materiales que pueden convertir la fuerza mecánica aplicada o la deformación en energía eléctrica. Dichos materiales forman la base de los sensores de sonido y presión, dispositivos integrados que se alimentan por vibración o flexión, e incluso el simple encendedor 'piezoeléctrico' que se usa para barbacoas y estufas de gas.
Los materiales piezoeléctricos también pueden aprovechar los pequeños voltajes generados por un pequeño desplazamiento mecánico, vibración, doblar o estirar para alimentar dispositivos miniaturizados.
El material:fosfato de galio (GaPO 4 )
El fosfato de galio es un cristal similar al cuarzo que se utiliza en aplicaciones piezoeléctricas como sensores de presión desde finales de la década de 1980. y particularmente valorado en aplicaciones de alta temperatura. Debido a que no cristaliza naturalmente en una estructura estratificada y, por lo tanto, no se puede exfoliar con métodos convencionales, su uso hasta la fecha se ha limitado a aplicaciones que se basan en tallar el cristal a partir de su volumen.
