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在大型压电材料上推打印

2019-03-04 16:16:50来源:
导读研究人员开发出一种革命性的方法来印刷大尺寸二维压电材料片,为压电传感器和能量收集开辟了新的机会。重要的是,廉价的工艺允许将压电元件

研究人员开发出一种革命性的方法来“印刷”大尺寸二维压电材料片,为压电传感器和能量收集开辟了新的机会。

重要的是,廉价的工艺允许将压电元件直接集成到硅芯片上。

迄今为止,没有2D压电材料以大片制造,使得不可能集成到硅芯片中或用于大规模表面制造。

这种限制意味着压电加速度计设备 - 例如车辆气囊触发器或识别移动电话中方向变化的设备 - 需要将单独的昂贵组件嵌入硅衬底中,这增加了显着的制造成本。

现在,墨尔本皇家墨尔本理工大学的FLEET研究人员已经展示了一种生产大规模二维磷酸镓薄板的方法,允许这种材料在低成本,低温制造工艺中大规模地形成在硅基板或任何其他表面上。

磷酸镓(GaPO 4)是一种重要的压电材料,常用于压力传感器和微量级质量测量,特别是在高温或其他恶劣环境中。

“在科学领域,这项工作经常以过去的成功为基础,”首席研究员Kourosh Kalantar-zadeh教授解释道。“我们采用了最近开发的液态金属材料沉积技术,通过简单的两步工艺制造出GaPO 4二维薄膜。”

现任新南威尔士大学化学工程教授的Kalantar-zadeh教授领导了开发新方法的团队,同时担任RMIT大学电子工程系教授。由于RMIT的Torben Daeneke博士做出的重大贡献以及作品的第一作者,博士研究员Nitu Syed所表现出的极端坚持和专注,这项工作得以实现。

革命性的新方法可以轻松,低成本地生长大面积(几厘米),宽带隙,单位晶胞厚度的2D GaPO 4纳米片。

这是流行压电材料强大的面外压电性的首次证明。

两步过程

由于氧化物与大部分液态金属之间缺乏亲和力,可以从液态镓表面去除自限性氧化镓

将薄膜“印刷”到基材上并通过暴露于磷酸盐蒸气将其转化为2D GaPO 4。

应用

新工艺简单,可扩展,低温且经济高效,大大扩展了工业材料的规模和质量范围。

该方法适用于独立式GaPO 4纳米片的合成。低温合成方法与各种电子器件制造程序兼容,为未来2D压电材料的开发提供了途径。

这种简单的工业兼容程序可将大表面积2D压电薄膜印刷到任何基板上,为压电传感器和能量采集器的开发提供了巨大的机会。

压电材料

这些材料可以将施加的机械力或应变转换成电能。这些材料构成了声音和压力传感器,通过振动或弯曲驱动的嵌入式设备的基础,甚至是用于燃气烧烤炉和炉灶的简单“压电”打火机。

压电材料还可以利用微小机械位移,振动,弯曲或拉伸产生的小电压来为小型化设备供电。

材料:磷酸镓(GaPO 4)

磷酸镓是一种类似石英的晶体,用于压电应用,如压力传感器,自20世纪80年代后期以来,特别适用于高温应用。因为它不是以分层结构自然结晶并因此不能使用常规方法剥离,所以迄今为止它的使用仅限于依赖于从其体积雕刻晶体的应用。

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