I ricercatori della Rice University hanno trovato prove di piezoelettricità in piante coltivate in laboratorio, scaglie bidimensionali di biossido di molibdeno.

La loro indagine ha mostrato che le proprietà elettriche a sorpresa sono dovute agli elettroni intrappolati nei difetti in tutto il materiale, che ha uno spessore inferiore a 10 nanometri. Caratterizzano queste cariche come elettreti, che compaiono in alcuni materiali isolanti e generano campi elettrici interni ed esterni.

La piezoelettricità è anche una proprietà dei materiali che rispondono allo stress generando una tensione elettrica attraverso le loro superfici o generano sollecitazioni meccaniche in risposta a un campo elettrico applicato. Ha molti usi pratici e scientifici, dalla conversione di una corda di chitarra in un segnale elettrico ai microscopi a scansione come quelli usati per fare la nuova scoperta.

I ricercatori della Brown School of Engineering di Rice hanno scoperto che i loro fiocchi su scala micron mostrano una risposta piezoelettrica forte come quella osservata in materiali piezoelettrici 2-D convenzionali come il disolfuro di molibdeno. Il rapporto dello scienziato dei materiali di Rice Pulickel Ajayan e collaboratori appare in Materiale avanzato .

La chiave sembra essere difetti che rendono imperfetto il reticolo cristallino del biossido di molibdeno. Quando teso, i dipoli degli elettroni intrappolati in questi difetti sembrano allinearsi, come con altri materiali piezoelettrici, creando un campo elettrico che porta all'effetto osservato.

"Super sottile, I cristalli 2-D continuano a riservare sorprese, come nel nostro studio, " Ha detto Ajayan. "L'ingegneria dei difetti è una chiave per progettare le proprietà di tali materiali, ma è spesso impegnativa e difficile da controllare".

"Non ci si aspetta che il biossido di molibdeno mostri piezoelettricità, " ha aggiunto il ricercatore postdottorato di Rice Anand Puthirath, un autore corrispondente dell'articolo. "Ma poiché stiamo rendendo il materiale il più sottile possibile, gli effetti di confinamento entrano in scena".

Ha detto che l'effetto appare nei fiocchi di biossido di molibdeno cresciuti per deposizione chimica da vapore. L'arresto del processo di crescita in vari punti ha dato ai ricercatori un certo controllo sulla densità dei difetti, se non la loro distribuzione. L'autore principale e l'alunna di Rice Amey Apte hanno aggiunto il singolo prodotto chimico dei ricercatori, tecnica di deposizione da vapore basata su precursori "aiuta nella riproducibilità e nella natura pulita dell'ossido di molibdeno in crescita su una varietà di substrati".

I ricercatori hanno scoperto che l'effetto piezoelettrico è stabile a temperatura ambiente per tempi significativi. I fiocchi di biossido di molibdeno sono rimasti stabili a temperature fino a 100° Celsius (212 gradi Fahrenheit). Ma la loro ricottura per tre giorni a 250 ° C (482 ° F) ha eliminato i difetti e ha fermato l'effetto piezoelettrico.

Puthirath ha affermato che il materiale ha molte potenziali applicazioni. "Può essere usato come un raccoglitore di energia, perché se sforzate questo materiale, ti darà energia sotto forma di elettricità, " ha detto. "Se gli dai la tensione, si induce espansione o compressione meccanica. E se vuoi mobilitare qualcosa su scala nanometrica, puoi semplicemente applicare la tensione e questo si espanderà e sposterà quella particella nel modo desiderato."