哈工大Nano Letter——MoS2还可以用来做压电器件

摘要

最新发现的二维（2D）分层材料中存在压电性代表了柔性电子产品以及小型化可穿戴设备的关键里程碑。但是，到目前为止，所报道的这些2D层状材料中的压电性太弱，无法用于任何实际应用。在这项工作中，发现单层MoS2中的晶界（GBs）可以显着增强其压电性能。通过GB感应的压电效应，由蝴蝶形单层MoS2制成的压电器件的输出功率提高了约50％。增强的压电性归因于可变形GBs的存在所引起的附加压电效应，这些GBs可以促进极化并沿各个方向产生具有不同压电系数的自发极化。进一步制造了基于带GBs的2D MoS2的柔性压电装置，并展示了其在自供电精密传感器中的潜在应用，该传感器可就地检测人体血液中的压力变化以进行健康监测。

单晶单层MoS2薄片的表征。

（a）三角形单层MoS2薄片的AFM图像。插图：相应的光学图像。比例尺：10μm。

（b）从MoS2薄片和基材获得的SHG光谱。

（c）在平行条件（XX）下与偏振角θ相关的SHG强度。它表现出明显的6倍旋转对称性（I = I0 cos2（3θ））。

（d）在SiO2 / Si衬底上的三角形MoS2薄片的SHG映射。

单层MoS2薄片中GB的表征。

（a）三角形单层MoS2薄片的AFM图像。插图：相应的光学图像。比例尺：10μm。

（b）在SiO2 / Si衬底上的蝶形MoS2薄片的SHG映射。

（c）旋转角度约为13.5°的GB的AC-STEMADF图像。插图：相应的FFT图像。

（d）单层MoS2薄片的GB的原子示意图。

（e）GB-MoS2单层在拉伸应变下的面内极化示意图。

GB增强压电起源的理论和实验研究。

（a，b）用于DFT计算的以H原子（白球）终止的MoS2带的模型。单晶的俯视图（左）和晶界边界（右），以及相应的侧视图（底）。

（c，d）在单轴拉伸应变下计算出的MoS2带的偶极矩。

由单层MoS2薄片测得的压电性能。

（a）基于SC-MoS2薄片的压电器件的示意图。柔性MoS2压电器件的光学图像。

（b，c）在0.56％的周期拉伸应变下，沿曲折和扶手椅方向记录的SC-MoS2压电器件的电流输出。

（d）基于GB-MoS2薄片的设备。

（e）在0.56％的周期拉伸应变下从GB-MoS2压电器件垂直于晶界方向获得的电流输出。

（f）在相同的实验条件下，不同的单层基于MoS2的压电器件的电流密度的统计数据。

GB-MoS2压电器件的实际应用。

（a）测试脉冲的示意图。

（b）测试脉冲时获得的相应电流信号。（c）机械传感器的示意图。

（d）不同施加力下的电流输出以及输出电流峰值和施加力之间的对应关系。

原文

Enhanced Piezoelectric Effect Derived from Grain Boundary in MoS2 Monolayers

DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b03642