Materiais piezoelétricos podem converter energia mecânica em energia elétrica e vice-versa. Nos últimos anos, tem havido um interesse crescente na busca por piezoelétricos em camadas bidimensionais (2D). Esses piezoelétricos de van der Waals em camadas são particularmente úteis para aplicações de nicho, como atuadores com precisão em escala atômica e sensores vestíveis. Além disso, os piezoelétricos 2D podem funcionar como geradores de energia em nanoescala para dispositivos em nanoescala.
A descoberta de piezoelétricos 2D foi principalmente em uma base ad hoc. Uma pesquisa sistemática através de um banco de dados de materiais 2D é necessária para descobrir materiais 2D que são mais adequados para uso como piezoelétricos. A equipe de pesquisa liderada pelo professor associado Quek Su Ying, do Departamento de Física da Universidade Nacional de Cingapura, realizou uma pesquisa sistemática em um banco de dados de 2.940 materiais de van der Waals em camadas usando cálculos de primeiros princípios de alto rendimento. Dos 2.940 materiais, a equipe identificou 109 materiais que exibem efeitos piezoelétricos na forma de camada única. Entre esses materiais, cerca de 10 deles apresentam coeficientes piezoelétricos excepcionalmente grandes, sendo os mais altos os de NbOI₂ . Materiais com altos coeficientes piezoelétricos geralmente proporcionam melhor desempenho piezoelétrico.

O excelente desempenho piezoelétrico do NbOI₂ é refletido em seu fator de acoplamento eletromecânico previsto, que tem o valor máximo possível de unidade neste material. A equipe de pesquisa isolou NbOI de poucas camadas₂ cristais e realizou estudos de vibrômetro de varredura a laser em NbOI em massa e de poucas camadas₂ cristais para medir sua resposta piezoelétrica. Eles descobriram que NbOI₂ exibiram uma resposta piezoelétrica que é muito maior do que os materiais de referência nas amostras a granel e em poucas camadas.

NbOI₂ pertence a uma família de oxidihaletos de nióbio (NbOX₂ :X =Cl, Br, I) que possuem grandes coeficientes piezoelétricos. Os pesquisadores fizeram um estudo mais detalhado dessa família de materiais e descobriram que o NbOX₂ tem uma polarização ferroelétrica intrínseca, pois sua estrutura cristalina não é simétrica na direção x). Curiosamente, os coeficientes piezoelétricos são os maiores para NbOI₂ , enquanto a polarização ferroelétrica é maior para NbOCl₂ .

Prof Quek disse:"A classe de NbOX₂ materiais tem grande potencial para aplicações. Nosso trabalho mostrou que um de seus membros, NbOI₂ , teve o melhor desempenho piezoelétrico entre os 2.940 materiais em nosso estudo. Além disso, descobrimos que seu desempenho piezoelétrico é independente da espessura. Isso é diferente de outros piezoelétricos 2D, como o dissulfeto de molibdênio, onde a piezoeletricidade não está presente quando há um número par de camadas. A independência de espessura da piezoeletricidade em NbOX₂ é útil para aplicações práticas onde o controle da espessura do material pode ser particularmente desafiador." + Explore mais

Estudo desafia ideias padrão sobre piezoeletricidade em cristais ferroelétricos