西工大黃維院士團隊在二維材料柔性力學傳感方麵取得係列進展

2021年11月30日 09:59  點擊:[]

西工大新聞網11月30日電(許曼章)二維(2D)過渡金屬硫族化合物(TMDs)作為新興的無機材料體係,由於其獨特的結構和物理化學性能,吸引了眾多科研工作者的關注。單層2D TMDs材料理論上具有最小的彎曲剛度,可以滿足柔性器件對電子功能材料能帶結構的調控,因此被認為是柔性電子領域極具應用潛力的候選材料之一。

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1. 釩元素摻雜MoS2與層數無關的對稱性破缺及MoS2柔性應變傳感器。

近日,金宝搏188手机官网下载 黃維院士團隊王學文教授課題組在二維材料的製備、力學電學性能及柔性力學傳感應用方麵取得係列進展。揭示二維半導體材料的力學性能、力-電耦合性能及結構與電學性能的構效關係,是設計與實現高性能柔性力學傳感器的關鍵。為此,課題組從2D材料力學性能的理論模型與研究方法出發,係統分析了2D材料在應變誘導下的能帶結構調控理論及力-電耦合效應,總結了基於2D材料的柔性壓力與應變傳感器研究進展(InfoMat. 2020, 2, 1077–1094),概述了2D TMDs柔性晶體管、反相器、存儲器、振蕩器、氣體傳感器、光電探測器及壓力和應變傳感器的最新研究進展,並總結分析了該領域未來發展的機遇與挑戰(Nano Res. 2021, DOI: 10.1007/s12274-021-3779-z)。

針對單層2D TMD材料在大麵積可控製備、材料力電物理性能與機製明晰、柔性微器件加工與集成等方麵挑戰。課題組采用改進的CVD法製備了厘米級單層MoSe2薄膜(ACS Appl. Mater. Interfaces. 2020, 12, 48161–48169);提出結合機器學習實現了低維材料的高效可控製備(J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 43, 18103–18113);通過原子力顯微鏡(AFM)探針原位研究了單層MoS2力學性能及其在柔性襯底上界麵相互作用,揭示了單層2D材料在柔性襯底上原子尺度的應變與恢複、彈性模量等力學性能(J. Phys. D: Appl. Phys. 2021, 54, 504006);通過二次諧波證明了元素摻雜的MoS2與層數無關的對稱性破缺(Nanoscale, 2021, 13, 18103-18111)和Te材料的強各向異性偏振相關的非線性光學性質(Adv. Optical Mater. 2020, 8, 2001273),理論上證實了偶數層柔性壓電傳感器存在的可能性;提出了激光直寫方式製備晶圓級圖案化MoS2薄膜,實現了高性能柔性應力傳感器,並驗證了對人體脈搏波等健康信號的檢測(iScience. 2021, 24, 11, 103313)。此外,課題組研製了可實現對人體血氧、血壓、呼吸等重要健康信息實時、快速、精準監測的可穿戴柔性電子係統。該係列成果為二維柔性力學傳感器研究提供重要的理論和技術支撐。

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2. 原子級厚度2D材料的製備、表征、性能與柔性傳感應用驗證。

上述工作得到了國家重點研發計劃(2020YFB2008501)、國家自然科學基金(11904289)、陝西省自然科學基金(2019JQ-613)、陝西省重點研發計劃項目(2020ZDLGY04-08、2020GXLH-Z-027)、寧波市自然科學基金項目(202003N4003)、中央高校基本科研業務費、金宝搏188手机官网下载 翱翔海外學者等經費的支持下。(審核:王學文)


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