Tensione di uscita in un pratico, dispositivo indossabile:uscita di tensione durante la trazione in flessione e rilassamento (dispositivo a due elettrodi). Credito:FLEET
Una collaborazione RMIT-UNSW ha applicato la sintesi del metallo liquido ai piezoelettrici, avanzamento futuro flessibile, elettronica indossabile, e biosensori che traggono il loro potere dai movimenti del corpo.
Si prevede che materiali come il monosolfuro di stagno atomicamente sottile (SnS) esibiscano forti proprietà piezoelettriche, convertire le forze meccaniche o il movimento in energia elettrica. Questa proprietà, insieme alla loro flessibilità intrinseca, li rende probabili candidati per lo sviluppo di nanogeneratori flessibili che potrebbero essere utilizzati nell'elettronica indossabile o interna, biosensori autoalimentati.
Però, ad oggi, questo potenziale è stato frenato dalle limitazioni nella sintesi di grandi, monostrato altamente cristallino monosolfuro di stagno (e altri monocalcogenuri del gruppo IV), con difficoltà causate da un forte accoppiamento intercalare. Il nuovo studio risolve questo problema applicando una nuova tecnica di metallo liquido, sviluppato presso RMIT, sintetizzare i materiali. Le misurazioni successive confermano che il monosolfuro di stagno sintetizzato utilizzando il nuovo metodo mostra eccellenti proprietà elettroniche e piezoelettriche. La stabile risultante, Il monosolfuro di stagno monostrato flessibile può essere incorporato in una varietà di dispositivi per un'efficiente raccolta di energia.
Il lavoro è iniziato più di due anni e mezzo fa e il forte lavoro di collaborazione tra RMIT e UNSW ha permesso la sua fruizione. Signora Hareem Khan, il primo autore del saggio, ha mostrato una notevole perseveranza nel superare molte sfide tecniche per dimostrare la fattibilità del concetto, con il prof Yongxiang Li.
Sintesi di metalli liquidi
La tecnica di sintesi senza precedenti prevede l'esfoliazione di van der Waals di un solfuro di stagno (SnS), che si forma sulla superficie dello stagno quando si scioglie, pur essendo esposto all'ambiente di idrogeno solforato (H 2 S) gas. h 2 S si rompe sull'interfaccia e solfora la superficie del fuso per formare SnS.
La tecnica è ugualmente applicabile ad altri monocalcogenidi del gruppo IV monostrato, che si prevede esibiscano la stessa forte piezoelettricità. Questo metodo a base di metallo liquido ci consente di estrarre monostrati omogenei e su larga scala di SnS con bordi di grano minimi.
Le misurazioni confermano che il materiale ha un'elevata mobilità del vettore e un coefficiente piezoelettrico, che si traduce in eccezionali valori di picco di tensione generata e potenza di carico per una particolare deformazione applicata, straordinariamente superiore a quello di qualsiasi nanogeneratore 2-D precedentemente riportato.
Immagine al microscopio elettronico a trasmissione (TEM):nanofoglio di solfuro di stagno atomicamente sottile (monostrato) (la barra della scala è 500 nm) Credito:FLEET
Viene inoltre dimostrata l'elevata durata e flessibilità dei dispositivi. Questa è la prova che il monostrato SnS molto stabile come sintetizzato può essere implementato commercialmente in nanodispositivi generatori di energia. Possono anche essere utilizzati per sviluppare trasduttori per la raccolta di movimenti umani meccanici, in accordo con le attuali inclinazioni tecnologiche verso smart, elettronica portatile e flessibile.
I risultati sono un passo verso la tecnologia piezoelettrica, flessibile, dispositivi indossabili per l'evacuazione dell'energia. Presenta anche una tecnica di sintesi senza precedenti per monostrati di monosolfuro di stagno su larga scala (wafer).
Materiali piezoelettrici
I materiali piezoelettrici possono convertire la forza meccanica applicata o la deformazione in energia elettrica. Meglio conosciuto per il semplice accendino "piezo" utilizzato per griglie a gas e piani cottura, dispositivi piezoelettrici che rilevano improvvisi cambiamenti di accelerazione vengono utilizzati per attivare gli airbag del veicolo, e i dispositivi più sensibili riconoscono i cambiamenti di orientamento nei telefoni cellulari o costituiscono la base dei sensori di suono e pressione.
Anche i materiali piezoelettrici più sensibili possono sfruttare le piccole tensioni generate da spostamenti meccanici estremamente ridotti, vibrazione, piegarsi o allungarsi per alimentare dispositivi miniaturizzati, per esempio biosensori incorporati nel corpo umano, eliminando la necessità di una fonte di alimentazione esterna.
Lo studio, "Sintesi a base di metalli liquidi di nanogeneratori piezoelettrici SnS monostrato ad alte prestazioni, " è stato pubblicato in Comunicazioni sulla natura nel luglio 2020.
