Los investigadores de la Universidad de Rice han encontrado evidencia de piezoelectricidad en cultivos de laboratorio, escamas bidimensionales de dióxido de molibdeno.

Su investigación mostró que las sorprendentes propiedades eléctricas se deben a los electrones atrapados en defectos en todo el material. que tiene menos de 10 nanómetros de espesor. Ellos caracterizan estos cargos como electrets, que aparecen en algunos materiales aislantes y generan campos eléctricos internos y externos.

La piezoelectricidad es igualmente una propiedad de los materiales que responden a la tensión generando un voltaje eléctrico a través de sus superficies o generan tensión mecánica en respuesta a un campo eléctrico aplicado. Tiene muchos usos prácticos y científicos, desde la conversión de una cuerda de guitarra que se mueve en una señal eléctrica hasta microscopios de barrido como los que se utilizan para hacer el nuevo hallazgo.

Los investigadores de la Escuela de Ingeniería Brown de Rice encontraron que sus escamas de escala micrométrica exhiben una respuesta piezoeléctrica que es tan fuerte como la observada en materiales piezoeléctricos bidimensionales convencionales como el disulfuro de molibdeno. El informe del científico de materiales de Rice Pulickel Ajayan y colaboradores aparece en Materiales avanzados .

La clave parece ser los defectos que hacen imperfecta la red cristalina del dióxido de molibdeno. Cuando se tensa, los dipolos de electrones atrapados en estos defectos parecen alinearse, como con otros materiales piezoeléctricos, creando un campo eléctrico que conduce al efecto observado.

"Super delgado, Los cristales 2-D continúan mostrando sorpresas, como en nuestro estudio, Ajayan dijo:"La ingeniería de defectos es clave para diseñar las propiedades de tales materiales, pero a menudo es desafiante y difícil de controlar".

"No se espera que el dióxido de molibdeno muestre piezoelectricidad, "añadió el investigador postdoctoral de Rice, Anand Puthirath, un coautor correspondiente del artículo. "Pero debido a que estamos haciendo que el material sea lo más delgado posible, los efectos de confinamiento entran en escena ".

Dijo que el efecto aparece en las escamas de dióxido de molibdeno que crecen por deposición de vapor químico. Detener el proceso de crecimiento en varios puntos les dio a los investigadores cierto control sobre la densidad de los defectos, si no su distribución. La autora principal y alumna de Rice, Amey Apte, agregó el químico único de los investigadores, La técnica de deposición de vapor basada en precursores "ayuda en la reproducibilidad y naturaleza limpia del óxido de molibdeno en crecimiento en una variedad de sustratos".

Los investigadores encontraron que el efecto piezoeléctrico es estable a temperatura ambiente durante períodos de tiempo significativos. Las escamas de dióxido de molibdeno se mantuvieron estables a temperaturas de hasta 100 ° Celsius (212 grados Fahrenheit). Pero recocerlos durante tres días a 250 ° C (482 ° F) eliminó los defectos y detuvo el efecto piezoeléctrico.

Puthirath dijo que el material tiene muchas aplicaciones potenciales. "Se puede utilizar como recolector de energía, porque si cuelas este material, te dará energía en forma de electricidad, ", dijo." Si le da voltaje, induce expansión o compresión mecánica. Y si quieres movilizar algo a nanoescala, simplemente puede aplicar voltaje y esto expandirá y moverá esa partícula de la manera que desee ".