Imaging al microscopio a forza atomica di GaPO . 2D 4 e misurazioni piezoelettriche a tensioni applicate variabili Credito:FLEET
La prima deposizione superficiale 2-D su larga scala di materiale piezoelettrico:semplice, una tecnica poco costosa apre nuovi campi per i sensori piezoelettrici e la raccolta di energia
I ricercatori hanno sviluppato un metodo rivoluzionario per "stampare" fogli su larga scala di materiale piezoelettrico bidimensionale, aprendo nuove opportunità per i sensori piezoelettrici e la raccolta di energia.
È importante sottolineare che il processo economico consente l'integrazione di componenti piezoelettrici direttamente su chip di silicio.
Fino ad ora, nessun materiale piezoelettrico 2-D è stato prodotto in lastre di grandi dimensioni, rendendo impossibile l'integrazione nei chip di silicio o l'uso nella produzione di superfici su larga scala.
Questa limitazione significava che i dispositivi con accelerometro piezoelettrico, come i grilletti degli airbag del veicolo o i dispositivi che riconoscono i cambiamenti di orientamento nei telefoni cellulari, hanno richiesto componenti costosi da incorporare su substrati di silicio, aggiungendo notevoli costi di produzione.
Ora, I ricercatori della FLEET della RMIT University di Melbourne hanno dimostrato un metodo per produrre fogli di fosfato di gallio 2-D su larga scala, permettendo a questo materiale di essere formato su larga scala a basso costo, processi di produzione a bassa temperatura su substrati di silicio, o qualsiasi altra superficie.
Fosfato di gallio (GaPO 4 ) è un importante materiale piezoelettrico comunemente utilizzato nei sensori di pressione e nella misurazione della massa su scala microgrammi, in particolare ad alte temperature o altri ambienti difficili.
"Come spesso accade nella scienza, questo lavoro si basa sui successi passati, " Spiega il ricercatore capo, il professor Kourosh Kalantar-zadeh. "Abbiamo adottato la tecnica di deposizione di materiale liquido-metallo che abbiamo sviluppato di recente per creare film 2-D di GaPO 4 attraverso un facile, processo in due fasi".
Professor Kalantar-zadeh, ora Professore di Ingegneria Chimica all'UNSW, ha guidato il team che ha sviluppato il nuovo metodo mentre era professore di ingegneria elettronica presso la RMIT University. Il lavoro è stato realizzato come risultato del contributo significativo del Dr. Torben Daeneke di RMIT e dell'estrema persistenza e concentrazione mostrate dal primo autore del lavoro, dottorato di ricerca ricercatore Nitu Syed.
Il nuovo metodo rivoluzionario consente un facile, crescita economica di una vasta area (diversi centimetri), ampia banda proibita, 2-D GaPO 4 nanofogli di spessore cellulare unitario.
È la prima dimostrazione di forte, piezoelettricità fuori dal piano del popolare materiale piezoelettrico.
Tomaia:van der Waals stampa 2D di Ga 2 oh 3 nanofoglio di gallio metallico liquido. Inferiore:sistema di reazione chimica in fase vapore per trasformare Ga 2 oh 3 a GaPO 4 nanofogli. Credito:FLEET
Il processo in due fasi
Applicazioni
Il nuovo processo è semplice, scalabile, a bassa temperatura e conveniente, ampliando in modo significativo la gamma di materiali disponibili per l'industria a tali scale e qualità.
Il processo è adatto per la sintesi di GaPO . free standing 4 nanofogli. Il metodo di sintesi a bassa temperatura è compatibile con una varietà di procedure di fabbricazione di dispositivi elettronici, fornendo un percorso per lo sviluppo di futuri materiali piezoelettrici 2-D.
Questo semplice, La procedura compatibile con l'industria per stampare pellicole piezoelettriche 2-D su un'ampia superficie su qualsiasi substrato offre enormi opportunità per lo sviluppo di sensori piezoelettrici e raccoglitori di energia.
Materiali piezoelettrici
Questi sono materiali che possono convertire la forza meccanica applicata o la deformazione in energia elettrica. Tali materiali costituiscono la base dei sensori di suono e pressione, dispositivi incorporati che sono alimentati da vibrazioni o piegamenti, e persino il semplice accendino "piezo" utilizzato per barbecue a gas e fornelli.
I materiali piezoelettrici possono anche sfruttare le piccole tensioni generate da piccoli spostamenti meccanici, vibrazione, piegarsi o allungarsi per alimentare dispositivi miniaturizzati.
Il materiale:fosfato di gallio (GaPO 4 )
Il fosfato di gallio è un cristallo simile al quarzo utilizzato in applicazioni piezoelettriche come sensori di pressione dalla fine degli anni '80, e particolarmente apprezzato nelle applicazioni ad alta temperatura. Poiché non cristallizza naturalmente in una struttura stratificata e quindi non può essere esfoliato con metodi convenzionali, il suo uso fino ad oggi è stato limitato alle applicazioni che si basano sulla scolpitura del cristallo dalla sua massa.
