Tension de sortie dans une pratique, dispositif portable :sortie de tension pendant la flexion et la détente en traction (dispositif à deux électrodes). Crédit :FLOTTE
Une collaboration RMIT-UNSW a appliqué la synthèse de métal liquide aux piézoélectriques, faire avancer l'avenir flexible, électronique portable, et des biocapteurs tirant leur puissance des mouvements du corps.
Des matériaux tels que le monosulfure d'étain atomiquement mince (SnS) devraient présenter de fortes propriétés piézoélectriques, convertir des forces ou des mouvements mécaniques en énergie électrique. Cette propriété, avec leur flexibilité inhérente, en fait des candidats probables pour le développement de nanogénérateurs flexibles qui pourraient être utilisés dans l'électronique portable ou interne, biocapteurs autoalimentés.
Cependant, à ce jour, ce potentiel a été freiné par des limitations dans la synthèse de grandes, monocouche d'étain-monosulfure hautement cristallin (et autres monochalcogénures du groupe IV), avec des difficultés causées par un fort couplage intercouche. La nouvelle étude résout ce problème en appliquant une nouvelle technique de métal liquide, développé au RMIT, synthétiser les matériaux. Des mesures ultérieures confirment que le monosulfure d'étain synthétisé à l'aide de la nouvelle méthode présente d'excellentes propriétés électroniques et piézoélectriques. L'écurie résultante, Le monosulfure d'étain monocouche flexible peut être incorporé dans une variété de dispositifs pour une récupération efficace de l'énergie.
Le travail a commencé il y a plus de deux ans et demi et une forte collaboration entre le RMIT et l'UNSW a permis sa concrétisation. Mme Hareem Khan, le premier auteur de l'article, fait preuve d'une persévérance remarquable pour surmonter de nombreux défis techniques pour démontrer la viabilité du concept, avec le professeur Yongxiang Li.
Synthèse de métal liquide
La technique de synthèse inédite implique l'exfoliation van der Waals d'un sulfure d'étain (SnS), qui se forme à la surface de l'étain lorsqu'il est fondu, tout en étant exposé à l'ambiant de sulfure d'hydrogène (H
La technique est également applicable à d'autres monochalcogénures du groupe IV monocouche, qui devraient présenter la même forte piézoélectricité. Cette méthode à base de métal liquide nous permet d'extraire des monocouches homogènes et à grande échelle de SnS avec des joints de grains minimes.
Les mesures confirment que le matériau a une mobilité des porteurs et un coefficient piézoélectrique élevés, qui se traduit par des valeurs de crête exceptionnelles de la tension générée et de la puissance de charge pour une contrainte appliquée particulière, impressionnant supérieur à celui de n'importe quel nanogénérateur 2-D précédemment rapporté.
Image au microscope électronique à transmission (MET) :nanofeuillet de sulfure d'étain (monocouche) atomiquement mince (la barre d'échelle est de 500 nm) Crédit :FLEET
La durabilité et la flexibilité élevées des appareils sont également démontrées. C'est la preuve que la monocouche SnS très stable telle que synthétisée peut être mise en œuvre commercialement dans des nanodispositifs générant de l'énergie. Ils peuvent également être utilisés pour développer des transducteurs pour la récolte de mouvements humains mécaniques, conformément aux tendances technologiques actuelles vers le smart, électronique portable et flexible.
Les résultats sont un pas vers le piézoélectrique, souple, dispositifs de récupération d'énergie portables. Il présente également une technique de synthèse sans précédent pour les monocouches d'étain-monosulfure à grande échelle (wafer).
Matériaux piézoélectriques
Les matériaux piézoélectriques peuvent convertir une force ou une contrainte mécanique appliquée en énergie électrique. Mieux connu pour le simple briquet "piezo" utilisé pour les grils à gaz et les cuisinières, des dispositifs piézo-électriques détectant des changements brusques d'accélération sont utilisés pour déclencher les coussins gonflables des véhicules, et les appareils plus sensibles reconnaissent les changements d'orientation dans les téléphones portables ou forment la base des capteurs de son et de pression.
Des matériaux piézoélectriques encore plus sensibles peuvent tirer parti des faibles tensions générées par un déplacement mécanique extrêmement faible, vibration, se plier ou s'étirer pour alimenter des appareils miniaturisés, par exemple des biocapteurs embarqués dans le corps humain, éliminant le besoin d'une source d'alimentation externe.
L'étude, "Synthèse à base de métal liquide de nanogénérateurs piézoélectriques monocouche SnS haute performance, " a été publié dans Communication Nature en juillet 2020.
