Des chercheurs de l'Université Rice ont trouvé des preuves de piézoélectricité dans des plantes cultivées en laboratoire, flocons bidimensionnels de dioxyde de molybdène.

Leur enquête a montré que les propriétés électriques surprenantes sont dues aux électrons piégés dans des défauts dans tout le matériau, qui fait moins de 10 nanomètres d'épaisseur. Ils caractérisent ces charges comme des électrets, qui apparaissent dans certains matériaux isolants et génèrent des champs électriques internes et externes.

La piézoélectricité est également une propriété des matériaux qui répondent aux contraintes en générant une tension électrique sur leurs surfaces ou en générant une contrainte mécanique en réponse à un champ électrique appliqué. Il a de nombreuses utilisations pratiques et scientifiques, de la conversion d'une corde de guitare tremblante en un signal électrique aux microscopes à balayage comme ceux utilisés pour faire la nouvelle découverte.

Les chercheurs de la Brown School of Engineering de Rice ont découvert que leurs flocons à l'échelle du micron présentaient une réponse piézoélectrique aussi forte que celle observée dans des matériaux piézoélectriques 2-D conventionnels comme le bisulfure de molybdène. Le rapport du scientifique des matériaux de riz Pulickel Ajayan et de ses collaborateurs apparaît dans Matériaux avancés .

La clé semble être des défauts qui rendent imparfait le réseau cristallin du dioxyde de molybdène. Lorsqu'il est tendu, les dipôles des électrons piégés dans ces défauts semblent s'aligner, comme avec d'autres matériaux piézoélectriques, créant un champ électrique conduisant à l'effet observé.

"Super mince, Les cristaux 2D continuent de surprendre, comme dans notre étude, " Ajayan a déclaré. " L'ingénierie des défauts est la clé des propriétés d'ingénierie de ces matériaux, mais elle est souvent difficile et difficile à contrôler. "

"Le dioxyde de molybdène ne devrait pas montrer de piézoélectricité, " a ajouté le chercheur postdoctoral Rice Anand Puthirath, un co-auteur de l'article. "Mais parce que nous rendons le matériau aussi fin que possible, les effets de confinement entrent en jeu."

Il a dit que l'effet apparaît dans les flocons de dioxyde de molybdène cultivés par dépôt chimique en phase vapeur. L'arrêt du processus de croissance à différents points a donné aux chercheurs un certain contrôle sur la densité des défauts, sinon leur distribution. L'auteur principal et ancienne élève de Rice, Amey Apte, a ajouté le seul produit chimique des chercheurs, La technique de dépôt en phase vapeur à base de précurseurs "aide à la reproductibilité et à la nature propre de la croissance de l'oxyde de molybdène sur une variété de substrats".

Les chercheurs ont découvert que l'effet piézoélectrique est stable à température ambiante pendant des périodes significatives. Les flocons de dioxyde de molybdène sont restés stables à des températures allant jusqu'à 100 ° Celsius (212 degrés Fahrenheit). Mais leur recuit pendant trois jours à 250°C (482°F) a éliminé les défauts et stoppé l'effet piézoélectrique.

Puthirath a déclaré que le matériau avait de nombreuses applications potentielles. "Il peut être utilisé comme un récupérateur d'énergie, car si vous tendez ce matériau, il vous donnera de l'énergie sous forme d'électricité, " dit-il. " Si vous lui donnez de la tension, vous induisez une dilatation ou une compression mécanique. Et si vous voulez mobiliser quelque chose à l'échelle nanométrique, vous pouvez simplement appliquer une tension et cela étendra et déplacera cette particule comme vous le souhaitez."