Ученые создали самый тонкий в мире пьезоэлектрический генератор

Исследователи из Колумбийского машиностроительного института и Технологического института Джорджии на днях объявили об успешно проведенном эксперименте по получению пьезоэлектричества от атомарно тонкого материала – дисульфида молибдена (MoS2). По словам ученых, это открывает путь к созданию уникальных электрических генераторов и механо-сенсорных устройств, оптически прозрачных, очень легких и гибких, способных выдерживать сильное растяжение.

Пьезоэлектричество – хорошо известный сегодня эффект, когда растягивающийся или сжимающийся материал способен генерировать электрическое напряжение (или наоборот, когда приложенное к материалу напряжение заставляет его расширяться или сжиматься). Однако, до настоящего времени пьезоэлектрический эффект был изучен только на материалах достаточно большой толщины. Новое исследование, проведенное группой ученых, показало, что некоторые двухмерные материалы толщиной в один слой атомов, такие как дисульфид молибдена, также обладают пьезоэлектрическими свойствами.

Устройства, изготовленные на основе таких материалов, могут быть, например, интегрированы в одежду и преобразовывать энергию движения человеческого тела в электроэнергию, достаточную для питания носимых датчиков, медицинских устройств или даже зарядки мобильных телефонов.

По словам ученых, возможность применения атомарно тонкого дисульфида молибдена для генерации электричества базируется на двух принципах: использование только нечетного числа слоев атомов, а также сгибание материала только в определенном направлении. Исследователи выяснили, что поскольку материал обладает высокой полярностью, четное число слоев заметно снижает пьезоэлектрический эффект. С другой стороны, кристаллическая структура дисульфида молибдена имеет пьезоэлектрические свойства только в определенной ориентации.

Для подтверждения правильности выводов своего исследования, ученые разместили на гибкую пластиковую подложку тонкие пластинки MoS2 и ориентировали их кристаллические решетки с помощью оптических методов. Затем они приложили на пластинки материала металлические электроды. Заставляя подложку механически деформироваться, ученые смогли замерить на «выходе» небольшое электрическое напряжение, что указывает на преобразование механической энергии MoS2 в электрическую.