探索微觀世界的“智能肌肉”——超薄壓電材料

原子是人類目前“操作”的物質(zhì)極限。現(xiàn)在人類可以通過電子“看到”操作單個(gè)原子，其操作精度已經(jīng)達(dá)到1納米以下。但這種操控還遠(yuǎn)未達(dá)到靈活階段，更不用說組裝原子了。精密的定位和驅(qū)動(dòng)依賴致動(dòng)器(Actuator)，而致動(dòng)器的最重要的核心之一為壓電材料。壓電材料被譽(yù)為人類探索微觀世界的“智能肌肉”，它可通過外加電壓，獲得細(xì)微形變，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高精度驅(qū)動(dòng);它也可應(yīng)用于高精度的應(yīng)變、位移與定位的傳感器?？茖W(xué)家認(rèn)為，目前實(shí)現(xiàn)亞原子尺度的超高精度定位仍極具挑戰(zhàn)。超薄壓電材料有望在解決這一問題上大展身手：用原子級(jí)尺寸的壓電材料，獲得亞原子分辨率的定位和驅(qū)動(dòng)。

據(jù)悉，中外科學(xué)家合作制備出高質(zhì)量的壓電材料——硫化鎘超薄納米片薄膜，其厚度僅為2—3納米。這一成果推動(dòng)了人類微觀世界認(rèn)知。相關(guān)論文刊登在近日出版的《科學(xué)進(jìn)展》上。

新加坡南洋理工大學(xué)教授劉政團(tuán)隊(duì)與中科院蘇州納米技術(shù)與納米仿生所研究員張珽團(tuán)隊(duì)聯(lián)合南京大學(xué)、新加坡科技局先進(jìn)制造研究所，以及美國(guó)杜克大學(xué)，五方合作，通過化學(xué)氣相沉積法，制備出高質(zhì)量的壓電材料——硫化鎘(CdS)超薄納米片薄膜(厚度2—3—納米)。研究人員通過掃描探針顯微鏡等原位表征技術(shù)，對(duì)硫化鎘超薄納米片材料的垂直方向壓電性能進(jìn)行了表征與系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)超薄硫化鎘納米片在垂直方向具有3倍于體相材料的巨大壓電常數(shù)，并且理論模擬很好地驗(yàn)證了這個(gè)結(jié)論。這些結(jié)果為構(gòu)筑超高精度的驅(qū)動(dòng)器及新型高靈敏壓力、位移和應(yīng)變傳感器奠定了重要的理論與實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。