研究人員開(kāi)發(fā)出一種革命性的方法來(lái)“印刷”大尺寸二維壓電材料片，為壓電傳感器和能量收集開(kāi)辟了新的機(jī)會(huì)。

重要的是，廉價(jià)的工藝允許將壓電元件直接集成到硅芯片上。

迄今為止，沒(méi)有2D壓電材料以大片制造，使得不可能集成到硅芯片中或用于大規(guī)模表面制造。

這種限制意味著壓電加速度計(jì)設(shè)備 - 例如車(chē)輛氣囊觸發(fā)器或識(shí)別移動(dòng)電話中方向變化的設(shè)備 - 需要將單獨(dú)的昂貴組件嵌入硅襯底中，這增加了顯著的制造成本。

現(xiàn)在，墨爾本皇家墨爾本理工大學(xué)的FLEET研究人員已經(jīng)展示了一種生產(chǎn)大規(guī)模二維磷酸鎵薄板的方法，允許這種材料在低成本，低溫制造工藝中大規(guī)模地形成在硅基板或任何其他表面上。

磷酸鎵(GaPO 4)是一種重要的壓電材料，常用于壓力傳感器和微量級(jí)質(zhì)量測(cè)量，特別是在高溫或其他惡劣環(huán)境中。

“在科學(xué)領(lǐng)域，這項(xiàng)工作經(jīng)常以過(guò)去的成功為基礎(chǔ)，”首席研究員Kourosh Kalantar-zadeh教授解釋道。“我們采用了最近開(kāi)發(fā)的液態(tài)金屬材料沉積技術(shù)，通過(guò)簡(jiǎn)單的兩步工藝制造出GaPO 4二維薄膜。”

現(xiàn)任新南威爾士大學(xué)化學(xué)工程教授的Kalantar-zadeh教授領(lǐng)導(dǎo)了開(kāi)發(fā)新方法的團(tuán)隊(duì)，同時(shí)擔(dān)任RMIT大學(xué)電子工程系教授。由于RMIT的Torben Daeneke博士做出的重大貢獻(xiàn)以及作品的第一作者，博士研究員Nitu Syed所表現(xiàn)出的極端堅(jiān)持和專注，這項(xiàng)工作得以實(shí)現(xiàn)。

革命性的新方法可以輕松，低成本地生長(zhǎng)大面積(幾厘米)，寬帶隙，單位晶胞厚度的2D GaPO 4納米片。

這是流行壓電材料強(qiáng)大的面外壓電性的首次證明。

兩步過(guò)程

由于氧化物與大部分液態(tài)金屬之間缺乏親和力，可以從液態(tài)鎵表面去除自限性氧化鎵

將薄膜“印刷”到基材上并通過(guò)暴露于磷酸鹽蒸氣將其轉(zhuǎn)化為2D GaPO 4。

應(yīng)用

新工藝簡(jiǎn)單，可擴(kuò)展，低溫且經(jīng)濟(jì)高效，大大擴(kuò)展了工業(yè)材料的規(guī)模和質(zhì)量范圍。

該方法適用于獨(dú)立式GaPO 4納米片的合成。低溫合成方法與各種電子器件制造程序兼容，為未來(lái)2D壓電材料的開(kāi)發(fā)提供了途徑。

這種簡(jiǎn)單的工業(yè)兼容程序可將大表面積2D壓電薄膜印刷到任何基板上，為壓電傳感器和能量采集器的開(kāi)發(fā)提供了巨大的機(jī)會(huì)。

壓電材料

這些材料可以將施加的機(jī)械力或應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電能。這些材料構(gòu)成了聲音和壓力傳感器，通過(guò)振動(dòng)或彎曲驅(qū)動(dòng)的嵌入式設(shè)備的基礎(chǔ)，甚至是用于燃?xì)鉄緺t和爐灶的簡(jiǎn)單“壓電”打火機(jī)。

壓電材料還可以利用微小機(jī)械位移，振動(dòng)，彎曲或拉伸產(chǎn)生的小電壓來(lái)為小型化設(shè)備供電。

材料：磷酸鎵(GaPO 4)

磷酸鎵是一種類(lèi)似石英的晶體，用于壓電應(yīng)用，如壓力傳感器，自20世紀(jì)80年代后期以來(lái)，特別適用于高溫應(yīng)用。因?yàn)樗皇且苑謱咏Y(jié)構(gòu)自然結(jié)晶并因此不能使用常規(guī)方法剝離，所以迄今為止它的使用僅限于依賴于從其體積雕刻晶體的應(yīng)用。