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至超薄纳米材料有望让超高精度致动器与传感器成真_力华
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至超薄纳米材料有望让超高精度致动器与传感器成真

2021-11-22 | 技术资料
超薄纳米材料有望让超高精度致动器与传感器成真

导读:原子是人类目前能够 操作 的物资极限。依托人类的的洞察力和巧夺天工的手艺,不但可以通过电子 看到 单个原子,乃至可以操控单个原子,其操作精度已到达1纳米以下。即便如此,随后也远未到达 灵活 控制的阶段,更不用说 游刃有余 的组装原子。精密的定位和驱动依赖致动器,而致动器的重要的核心之1为压电材料。简单地说,这类材料具有极性,可通过外加电压,取得细微形变,进而实现高精度驱动;反其道而行之,则可利用于高精度的应变、位移与定位的传感器。<如带、丝、片、管/p>

此种天赋,使得致动器已成为实现高精度定位的利器,并设备于前沿的仪器,如扫描隧道显微镜和透射电子显微镜。通过这些 火眼金睛 ,得以窥见原子,包括极小的硼和碳原子。可以说,压电材料已成为人类探索微观世界的 智能肌肉 。即便如此,如上所述,实现亚原子尺度的超高精度定”位依然挑战。超薄压电材料有望在解决这1问题上大展身手:用原子级尺寸的压电材料,取得亚原子分辨率的定位和驱动。

近日,中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员张珽团队与新加坡南洋理工大学教授刘政团队合作,并联合南京大学、新加坡科技局先进制造研究所和美国杜克大学,通过5方全面合作,在该领域获得新进展。研究团队通过化学气相沉积法,制备出高质量硫化镉超薄纳米片薄膜。并通过扫描探针显微镜等原位表征技术,对硫化镉超薄纳米片材料的垂直方向压电性能进行了表征与系统研究,发现超薄硫化镉纳米片在垂直方向具有3倍于体相材料的巨大压电常数,并且理论摹拟很好地验证了这个结论。这些结果为构筑超高精度的驱动器及新型高灵敏压力、位移和应变传感器奠定了重要的理论与实验全部项目研究前后耗费了几千万的基础。

从某种程度上说,仪器的精度决定了人类对物资世界的认知极限,其中高精度的压电材料不可或缺。为1窥原子,需要利用压电材料在亚原子精度上移动探针;为验证小尺度下万有引力的平方反比关系,需要对实验部件定位感知;乃至为了 聆听 黑洞的合并瞬间释放出的响彻宇宙的引力波,需要对无数元件严丝合缝的组装定位驱动,消除哪怕1丝1毫的机械偏差。这1切,压电材料功不可没。短时间来讲,高性能的超薄压电材料对制造高精度传感器、先进电机元件大有裨益,包括下降尺寸,增加集成度,改造为柔性电子器件等。长远而言,超薄压电材料乃至可以改变人类对世界的认知。