液态金属合成更好的压电:原子薄的单硫化锡| ARC未来低能电子技术卓越中心

舰队的博士生哈莱姆·汗是这篇论文的第一作者

rmit -新南威尔士大学合作将液态金属合成应用于压电，推进未来柔性、可穿戴电子产品和从身体运动中获取能量的生物传感器。

据预测，原子薄的单硫化锡(SnS)等材料将表现出强大的压电性能，将机械力或运动转化为电能。

这种特性，以及它们固有的灵活性，使它们可能成为开发柔性纳米发电机的候选人，可用于可穿戴电子设备或内部自供电生物传感器。

然而，到目前为止，这种潜力受到合成大的、高结晶的单层锡-单硫化物(和其他IV族单硫化物)的限制，由于层间强耦合造成的困难。

这项新研究通过应用RMIT开发的一种新的液态金属技术来合成材料，解决了这个问题。

随后的测量证实，使用新方法合成的一硫化锡显示出优异的电子和压电性能。

由此产生的稳定、灵活的单层锡-单硫化物可以被纳入各种有效的能量收集装置中。

一种实用的可穿戴设备的输出电压:拉伸弯曲和放松时的电压输出(双电极设备)

这项工作开始于两年半以前，RMIT和新南威尔士大学之间的强大合作使其取得了成果。该论文的第一作者Hareem Khan女士与李永祥教授一起，克服了许多技术挑战，证明了这一概念的可行性，表现出了非凡的毅力。

使用的前所未有的合成技术包括范德华剥落硫化锡(SnS)，它是在锡熔化时形成的表面，同时暴露在硫化氢的环境(H₂气体。H₂S在界面上分解，使熔体表面硫化形成SnS。

合成过程:在柔性纳米发电机传感器上涂上一层原子薄的硫化锡

该技术同样适用于其他单分子IV族单硫化物，预测它们也表现出同样强的压电性。

这种基于液态金属的方法使我们能够提取具有最小晶界的均匀的大尺度单分子SnS。

测量结果证实，该材料具有很高的载流子迁移率和压电系数，这转化为在特定应用应变下产生的电压和负载功率的异常峰值，比之前报道的任何2D纳米发电机都要高得多。

透射电子显微镜(TEM)图像:原子薄(单层)硫化锡纳米片(比例尺为500 nm)

设备的高耐久性和灵活性也得到了证明。

这证明了非常稳定的合成单层SnS可以商业应用于发电纳米器件。

它们还可以用于开发用于收集机械人体运动的传感器，以适应当前智能、便携式和柔性电子产品的技术倾向。

这一成果是向基于压电的、灵活的、可穿戴的能量清除设备迈出的一步。

它还提出了一种前所未有的大(晶圆)规模的单硫化锡单层合成技术。

压电材料能将施加的机械力或应变转化为电能。

双电极器件(左，比例尺1mm)，攻丝模式下输出电压响应(右，比例尺50µm)

最著名的名字是用于燃气烧烤和炉灶的简单的“压电”打火机，压电设备感应加速度的突然变化，用于触发汽车安全气囊，更灵敏的设备识别移动电话的方向变化，或形成声音和压力传感器的基础。

甚至更敏感的压电材料可以利用极小的机械位移、振动、弯曲或拉伸产生的小电压来为微型设备供电，例如嵌入人体的生物传感器，从而无需外部电源。

液态金属基单层SnS压电纳米发电机的合成发表于自然通讯2020年7月(DOI 10.1038/s41467-020-17296-0)。

这项研究代表了两者之间的合作澳大利亚研究理事会卓越中心激子科学中心，以及未来低能电子技术中心(FLEET)。ARC的资金还来自发现项目、DECRA和ARC桂冠项目，以及RMIT副校长奖学金。

的设施和建议澳大利亚显微分析研究中心(RMMF),RMIT微纳米研究中心(MNRF)和先进固体和液体电子与光学中心(CASLEO)对研究的成功至关重要，CSIRO对PESA测量的帮助也是如此。

更好压电的液态金属合成:原子薄的单硫化锡