二维氧化物薄片具有惊人的电性能

莱斯大学的研究人员在实验室培养的二维二氧化钼薄片中发现了压电性的证据。他们的研究表明，令人惊讶的电气特性是由于电子被困在整个材料的缺陷中，该材料不到 10 纳米厚。他们将这些电荷表征为驻​​极体，它们出现在一些绝缘材料中并产生内部和外部电场。

压电性同样是材料的一种特性，它们通过在其表面产生电压或响应施加的电场产生机械应变来响应应力。它有许多实际和科学用途，从将摆动的吉他弦转换为电信号，再到用于进行新发现的扫描显微镜。

莱斯布朗工程学院的研究人员发现，他们的微米级薄片表现出的压电响应与在二硫化钼等传统二维压电材料中观察到的一样强。Rice 材料科学家 Pulickel Ajayan 及其合作者的报告发表在Advanced Materials 上。

关键似乎是使二氧化钼晶格不完美的缺陷。当应变时，困在这些缺陷中的电子偶极子似乎与其他压电材料对齐，从而产生导致观察到的效应的电场。

“正如我们的研究一样，超薄的二维晶体继续表现出惊喜，”阿贾扬说。“缺陷工程是设计此类材料性能的关键，但通常具有挑战性且难以控制。”

“预计二氧化钼不会表现出任何压电性，”莱斯博士后研究员 Anand Puthirath 补充说，他是该论文的共同通讯作者。“但由于我们正在使材料尽可能薄，因此会出现限制效应。”

他说这种效应出现在通过化学气相沉积生长的二氧化钼薄片中。在不同点停止生长过程使研究人员可以控制缺陷的密度，如果不是它们的分布。主要作者和莱斯大学校友 Amey Apte 补充说，研究人员的单一化学、基于前体的气相沉积技术“有助于在各种基材上生长氧化钼的可重复性和清洁性。”

研究人员发现，压电效应在室温下很长一段时间内都是稳定的。所述钼氧化钛薄片维持在稳定的温度高达100摄氏度(212华氏度)。但是在 250° C (482° F) 下将它们退火三天消除了缺陷并停止了压电效应。

Puthirath 说，这种材料有许多潜在的应用。“它可以用作能量收集器，因为如果你对这种材料施加压力，它就会以电力的形式为你提供能量，”他说。“如果给它电压，就会引起机械膨胀或压缩。如果你想在纳米尺度上移动某些东西，你可以简单地施加电压，这将按照你想要的方式膨胀和移动粒子。”

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