Imagens de microscopia de força atômica de GaPO 2D 4 e medições piezoelétricas em tensões aplicadas variáveis. Crédito:FLEET
Primeira deposição de superfície 2-D em grande escala de material piezoelétrico - Simples, técnica barata abre novos campos para sensores piezoelétricos e coleta de energia
Os pesquisadores desenvolveram um método revolucionário para 'imprimir' folhas em grande escala de material piezoelétrico bidimensional, abrindo novas oportunidades para sensores piezoelétricos e coleta de energia.
Mais importante, o processo barato permite a integração de componentes piezoelétricos diretamente em chips de silício.
Até agora, nenhum material piezoelétrico 2-D foi fabricado em folhas grandes, tornando impossível a integração em chips de silício ou o uso na fabricação de superfícies em grande escala.
Essa limitação significa que os dispositivos piezoelétricos - como gatilhos de air bag de veículos ou os dispositivos que reconhecem mudanças de orientação em telefones celulares - precisam ser separados, componentes caros a serem incorporados em substratos de silício, adicionando custos de fabricação significativos.
Agora, Pesquisadores da FLEET na RMIT University em Melbourne demonstraram um método para produzir folhas de fosfato de gálio 2-D em grande escala, permitindo que este material seja formado em larga escala com baixo custo, processos de fabricação de baixa temperatura em substratos de silício, ou qualquer outra superfície.
Fosfato de gálio (GaPO 4 ) é um importante material piezoelétrico comumente usado em sensores de pressão e medição de massa em escala de micrograma, particularmente em altas temperaturas ou outros ambientes hostis.
"Como tantas vezes na ciência, este trabalho se baseia em sucessos anteriores, "O pesquisador principal, Professor Kourosh Kalantar-zadeh, explica." Adotamos a técnica de deposição de material de metal líquido que desenvolvemos recentemente para criar filmes 2-D de GaPO 4 através de um fácil, processo de duas etapas. "
Professor Kalantar-zadeh, agora Professor de Engenharia Química na UNSW, liderou a equipe que desenvolveu o novo método enquanto Professor de Engenharia Eletrônica na RMIT University. O trabalho foi materializado como resultado da contribuição significativa do Dr. Torben Daeneke da RMIT e extrema persistência e foco demonstrado pelo primeiro autor do trabalho, Ph.D. pesquisadora Nitu Syed.
O novo método revolucionário permite fácil, crescimento barato de grande área (vários centímetros), largura de banda larga, GaPO 2-D 4 nanofolhas de espessura de célula unitária.
É a primeira demonstração de força, piezoeletricidade fora do plano do popular material piezoelétrico.
Superior:impressão 2D van der Waals de Ga 2 O 3 nanofolha de gálio de metal líquido. Inferior:sistema de reação química de fase de vapor para transformar Ga 2 O 3 para GaPO 4 nanofolhas. Crédito:FLEET
O processo de duas etapas
Formulários
O novo processo é simples, escalável, baixa temperatura e custo-benefício, expandindo significativamente a gama de materiais disponíveis para a indústria em tais escalas e qualidade.
O processo é adequado para a síntese de GaPO autônomo 4 nanofolhas. O método de síntese de baixa temperatura é compatível com uma variedade de procedimentos de fabricação de dispositivos eletrônicos, fornecendo uma rota para o desenvolvimento de futuros materiais piezoelétricos 2-D.
Tão simples, O procedimento compatível com a indústria para imprimir filmes piezoelétricos 2-D de grande área de superfície em qualquer substrato oferece enormes oportunidades para o desenvolvimento de piezo-sensores e coletores de energia.
Materiais piezoelétricos
Esses são materiais que podem converter a força mecânica aplicada ou deformação em energia elétrica. Esses materiais formam a base dos sensores de som e pressão, dispositivos incorporados que são alimentados por vibração ou flexão, e até mesmo o simples isqueiro 'piezo' usado para churrasqueiras a gás e fogões de mesa.
Materiais piezoelétricos também podem tirar vantagem das pequenas tensões geradas por pequenos deslocamentos mecânicos, vibração, dobrar ou esticar para alimentar dispositivos miniaturizados.
O material:Fosfato de Gálio (GaPO 4 )
O fosfato de gálio é um cristal semelhante ao quartzo usado em aplicações piezoelétricas, como sensores de pressão desde o final dos anos 1980, e particularmente valorizado em aplicações de alta temperatura. Porque não cristaliza naturalmente em uma estrutura estratificada e, portanto, não pode ser esfoliado usando métodos convencionais, seu uso até agora tem sido limitado a aplicações que dependem de extrair o cristal de seu tamanho.
