Los investigadores de la Universidad de Rice han encontrado evidencia de piezoelectricidad en escamas bidimensionales de dióxido de molibdeno cultivadas en laboratorio.
Su investigación mostró que las sorprendentes propiedades eléctricas se deben a los electrones atrapados en defectos en todo el material, que tiene menos de 10 nanómetros de espesor. Caracterizan estas cargas como electrets, que aparecen en algunos materiales aislantes y generan campos eléctricos internos y externos.
La piezoelectricidad también es una propiedad de los materiales que responden al estrés generando un voltaje eléctrico a través de sus superficies o generan tensión mecánica en respuesta a un campo eléctrico aplicado. Tiene muchos usos prácticos y científicos, desde la conversión de una cuerda de guitarra en movimientouna señal eléctrica para escanear microscopios como los utilizados para hacer el nuevo hallazgo.
Los investigadores de la Escuela de Ingeniería Brown de Rice descubrieron que sus escamas a escala de micras exhiben una respuesta piezoeléctrica que es tan fuerte como la observada en materiales piezoeléctricos 2D convencionales como el disulfuro de molibdeno. El informe del científico de materiales de arroz Pulickel Ajayan y colaboradores aparece en Materiales avanzados .
La clave parece ser defectos que hacen que la red cristalina del dióxido de molibdeno sea imperfecta. Cuando se tensan, los dipolos de electrones atrapados en estos defectos parecen alinearse, como con otros materiales piezoeléctricos, creando un campo eléctrico que conduce al efecto observado.
"Los cristales 2D súper delgados continúan mostrando sorpresas, como en nuestro estudio", dijo Ajayan. "La ingeniería de defectos es una clave para diseñar las propiedades de dichos materiales, pero a menudo es difícil y difícil de controlar"
"No se espera que el dióxido de molibdeno muestre ninguna piezoelectricidad", agregó el investigador postdoctoral de Rice, Anand Puthirath, coautor correspondiente del artículo. "Pero debido a que estamos haciendo el material lo más delgado posible, los efectos de confinamiento entran en juegoimagen."
Dijo que el efecto aparece en las escamas de dióxido de molibdeno cultivadas por deposición química de vapor. Detener el proceso de crecimiento en varios puntos les dio a los investigadores cierto control sobre la densidad de los defectos, si no su distribución. El autor principal y la alumna de Rice Amey Apte agregaron a los investigadoresLa técnica de deposición de vapor basada en precursores y una única sustancia química "ayuda a la reproducibilidad y la naturaleza limpia del óxido de molibdeno en crecimiento en una variedad de sustratos".
Los investigadores encontraron que el efecto piezoeléctrico es estable a temperatura ambiente durante escalas de tiempo significativas. Las escamas de dióxido de molibdeno se mantuvieron estables a temperaturas de hasta 100 grados Celsius 212 grados Fahrenheit. Sin embargo, el recocido durante tres días a 250 C 482 F se eliminólos defectos y detuvieron el efecto piezoeléctrico.
Puthirath dijo que el material tiene muchas aplicaciones potenciales. "Se puede usar como un recolector de energía, porque si tensionas este material, te dará energía en forma de electricidad", dijo. "Si le das voltaje,induce expansión mecánica o compresión. Y si desea movilizar algo a nanoescala, simplemente puede aplicar voltaje y esto se expandirá y moverá esa partícula de la manera que desee ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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