Voltaje de salida en una práctica, dispositivo portátil:salida de voltaje durante la flexión por tracción y la relajación (dispositivo de dos electrodos). Crédito:FLOTA
Una colaboración RMIT-UNSW ha aplicado la síntesis de metal líquido a piezoeléctricas, avanzando hacia el futuro flexible, electrónica portátil, y biosensores que obtienen su poder de los movimientos del cuerpo.
Se predice que materiales como el monosulfuro de estaño (SnS) atómicamente delgado exhibirán fuertes propiedades piezoeléctricas, convertir fuerzas mecánicas o movimiento en energía eléctrica. Esta propiedad, junto con su flexibilidad inherente, los convierte en candidatos probables para el desarrollo de nanogeneradores flexibles que podrían usarse en dispositivos electrónicos portátiles o internos, biosensores autoamplificados.
Sin embargo, hasta la fecha, este potencial se ha visto frenado por las limitaciones en la síntesis de grandes monosulfuro de estaño monocapa altamente cristalino (y otros monocalcogenuros del grupo IV), con dificultades causadas por un fuerte acoplamiento entre capas. El nuevo estudio resuelve este problema aplicando una nueva técnica de metal líquido, desarrollado en RMIT, para sintetizar los materiales. Las mediciones posteriores confirman que el monosulfuro de estaño sintetizado utilizando el nuevo método muestra excelentes propiedades electrónicas y piezoeléctricas. El establo resultante, El monosulfuro de estaño monocapa flexible se puede incorporar en una variedad de dispositivos para una recolección de energía eficiente.
El trabajo comenzó hace más de dos años y medio y el fuerte trabajo de colaboración entre RMIT y UNSW permitió su realización. Sra. Hareem Khan, el primer autor del artículo, mostró una perseverancia notable para superar muchos desafíos técnicos para demostrar la viabilidad del concepto, con el profesor Yongxiang Li.
Síntesis de metales líquidos
La técnica de síntesis sin precedentes implica la exfoliación de van der Waals de un sulfuro de estaño (SnS), que se forma en la superficie del estaño cuando se derrite, mientras se expone al ambiente de sulfuro de hidrógeno (H 2 S) gas. H 2 S se descompone en la interfaz y sulfura la superficie de la masa fundida para formar SnS.
La técnica es igualmente aplicable a otros monocalcogenuros monocapa del grupo IV, que se predice que exhiben la misma fuerte piezoelectricidad. Este método basado en metal líquido nos permite extraer monocapas homogéneas y a gran escala de SnS con límites de grano mínimos.
Las mediciones confirman que el material tiene una alta movilidad del portador y un coeficiente piezoeléctrico, lo que se traduce en valores máximos excepcionales de voltaje generado y potencia de carga para una deformación aplicada en particular, impresionantemente más alto que el de cualquier nanogenerador 2-D previamente reportado.
Imagen de microscopio electrónico de transmisión (TEM):nanoplaca de sulfuro de estaño atómicamente delgada (monocapa) (la barra de escala es de 500 nm) Crédito:FLEET
También se demuestra la alta durabilidad y flexibilidad de los dispositivos. Esta es una prueba de que la muy estable SnS monocapa sintetizada puede implementarse comercialmente en nanodispositivos generadores de energía. También se pueden usar para desarrollar transductores para recolectar movimientos humanos mecánicos. de acuerdo con las actuales inclinaciones tecnológicas hacia lo inteligente, Electrónica portátil y flexible.
Los resultados son un paso hacia el piezoeléctrico, flexible, dispositivos portátiles de captación de energía. También presenta una técnica de síntesis sin precedentes para monocapas de monosulfuro de estaño a gran escala (oblea).
Materiales piezoeléctricos
Los materiales piezoeléctricos pueden convertir la fuerza mecánica aplicada o la deformación en energía eléctrica. Mejor conocido por el simple encendedor "piezoeléctrico" que se usa para parrillas de gas y estufas, Los dispositivos piezoeléctricos que detectan cambios repentinos en la aceleración se utilizan para activar las bolsas de aire del vehículo. y los dispositivos más sensibles reconocen los cambios de orientación en los teléfonos móviles o forman la base de los sensores de sonido y presión.
Incluso los materiales piezoeléctricos más sensibles pueden aprovechar los pequeños voltajes generados por un desplazamiento mecánico extremadamente pequeño, vibración, doblarse o estirarse para alimentar dispositivos miniaturizados, por ejemplo biosensores incrustados en el cuerpo humano, eliminando la necesidad de una fuente de alimentación externa.
El estudio, "Síntesis a base de metal líquido de nanogeneradores piezoeléctricos de SnS monocapa de alto rendimiento, "fue publicado en Comunicaciones de la naturaleza en julio de 2020.