弯曲二维纳米材料可以开启未来技术

莱斯大学材料科学家鲍里斯·雅科布森 (Boris Yakobson)和合作者发现了铁电 二维材料 的一种特性 ，可以将其用作未来设备的一个特性。 根据发表在ACS Nano上的研究，由于它们会响应电刺激而弯曲，因此可以控制单层铁电材料充当纳米级开关甚至电机。

单层或二维材料通常由单层原子组成，这意味着它们只有几纳米厚。近年来，由于其物理、电气、化学和光学特性，它们受到了极大的关注，这使得它们在从消费电子产品到医疗和工业技术的应用中非常有用。

“二维材料非常薄且非常灵活，”Yakobson 说。“在单层铁电体中，这会产生意想不到的自发、主动弯曲行为。”

(资料图片)

“我们在这项研究中发现的新颖之处在于，铁电状态与材料的弯曲或挠曲之间存在联系或耦合。这项工作将一类二维材料的基本特性的发现或预测与实际应用角度相结合。”

铁电体是由负离子和正离子组成的材料，它们可以移动以产生自发极化，这意味着离子根据其电荷分离。

“有趣的是原子并不相同，”莱斯大学博士后研究员兼该研究的主要作者张俊杰解释说。“有些大一些，有些小一些，所以层对称性被打破了。”

极化将较大的原子驱动到二维材料层的一侧，将较小的原子驱动到另一侧。原子或离子的这种不对称分布导致材料表面在铁电状态下弯曲。

“因此，在铁电状态下，材料不会保持平坦，而是会弯曲，”Yakobson 说。“如果你切换极化——你可以通过施加电压来切换它——你就可以控制它弯曲的方向。这种可控行为意味着你有一个执行器。

“执行器是将信号(在许多情况下是电信号，但它可以是不同类型的信号)转换为机械位移或换句话说，运动或功的任何设备。”

该研究将 2D磷化铟 (InP) 视为预测该特性的铁电体类别的代表。

“这种新的特性或弯曲行为必须在实验室中针对特定物质进行测试，”Yakobson 说。“它最有可能的用途是作为一种开关。这种行为非常快速、非常敏感，这意味着您可以通过非常微小的本地信号打开涡轮机或电动引擎，或者控制自适应光学望远镜的镜子。这基本上就是这些执行器的本质。

“当你开车时，你有很多旋钮和开关，这让一切变得非常简单。你不再需要摇动车窗，只需打开一个开关即可。”

Yakobson 是 Rice 的 Karl F. Hasselmann 材料科学和纳米工程教授。塔伊夫大学化学家 Tariq Altalhi 是该研究的合著者。

关键词：