Materiálový vědec Boris Yakobson z Univerzity Rice a jeho spolupracovníci odhalili vlastnost feroelektrických 2D materiálů, která by mohla být využita v budoucích zařízeních.
Podle studie zveřejněné v časopise ACS Nano lze jednovrstvé feroelektrické materiály ovládat tak, aby fungovaly jako nanorozměrný spínač nebo dokonce motor, protože se ohýbají v reakci na elektrický podnět.
Jednovrstvé nebo 2D nanomateriály se obvykle skládají z jediné vrstvy atomů, což znamená, že jsou tlusté jen několik nanometrů. V posledních letech se jim věnuje značná pozornost díky jejich fyzikálním, elektrickým, chemickým a optickým vlastnostem, což je činí užitečnými v různých aplikacích od spotřební elektroniky až po lékařské a průmyslové technologie.
„2D materiály jsou velmi tenké a velmi flexibilní,“ řekl Yakobson. „U jednovrstvých feroelektrik to způsobuje nečekané spontánní, aktivní ohybové chování.“
„Novinkou, kterou jsme v této studii zjistili, je, že existuje spojení nebo vazba mezi feroelektrickým stavem a ohybem nebo ohýbáním materiálu. Tato práce kombinuje objev nebo předpověď základní vlastnosti třídy 2D materiálů s úhlem praktického využití.“
Feroelektrika jsou materiály složené ze záporných a kladných iontů, které se mohou posouvat a vytvářet tak spontánní polarizaci, což znamená, že se ionty segregují na základě svého elektrického náboje.
„Zajímavé je, že atomy nejsou identické,“ vysvětluje Jun-Jie Zhang, postdoktorandský výzkumný pracovník na univerzitě Rice a hlavní autor studie. „Některé z nich jsou větší a některé menší, takže symetrie vrstev je narušena.“
Polarizace žene větší atomy na jednu stranu 2D-materiálové vrstvy a menší atomy na druhou stranu. Toto asymetrické rozložení atomů nebo iontů způsobuje, že se povrch nanomateriálu ohýbá ve feroelektrickém stavu.
„Takže místo aby zůstal plochý, ve feroelektrickém stavu se materiál ohne,“ řekl Yakobson. „Pokud přepnete polarizaci (a tu můžete přepnout přiložením elektrického napětí), můžete ovládat směr, kterým se bude ohýbat. Toto kontrolovatelné chování znamená, že máte aktuátor.“
„Aktuátor je jakékoli zařízení, které převádí signál (v mnoha případech elektrický, ale může to být i jiný druh signálu) na mechanický posun, jinými slovy na pohyb nebo práci.“
Studie se zabývala 2D fosfidem india (InP) jako zástupcem třídy feroelektrik, pro které tuto vlastnost předpovídá. „Tuto novou vlastnost neboli ohybové chování je třeba otestovat v laboratoři pro konkrétní látky,“ řekl Yakobson. „Její nejpravděpodobnější využití bude jako typ spínače. Toto chování je velmi rychlé, velmi citlivé, což znamená, že velmi malým lokálním signálem lze třeba zapnout turbínu nebo elektrický motor, nebo ovládat zrcadla teleskopů s adaptivní optikou. To je v podstatě podstata těchto aktuátorů.“
„Když řídíte auto, máte spoustu knoflíků a spínačů a všechno je díky tomu velmi snadné. Už nemusíte otvírat okénko v autě klikou, ale stačí zapnout vypínač.“
Zdroj: Univerzita Rice, redakce
Přihlaste se, komentujte články a ukládejte si ty nejzajímavější k pozdějšímu přečtení.
Přihlásit se přes náš web
Ještě nemáte účet? Staňte se členem.