RMIT 与新南威尔士大学的一项合作将液态金属合成应用于压电材料，推动未来柔性、可穿戴电子设备和生物传感器从身体运动中汲取能量。预计原子级薄的单硫化锡 (SnS) 等材料将表现出强大的压电特性，将机械力或运动转化为电能。这种特性以及它们固有的灵活性，使它们很可能成为开发可用于可穿戴电子设备或内部自供电生物传感器的柔性纳米发电机的候选者。

然而，迄今为止，这种潜力因合成大的、高度结晶的单层锡-单硫化物(和其他 IV 族单硫属元素化物)的限制而受到阻碍，而强层间耦合造成了困难。这项新研究通过应用 RMIT 开发的一种新的液态金属技术来合成材料，从而解决了这个问题。随后的测量证实，使用新方法合成的单硫化锡显示出优异的电子和压电性能。由此产生的稳定、灵活的单层锡-单硫化物可以结合到各种设备中以实现高效的能量收集。

这项工作始于两年半多以前，RMIT 和新南威尔士大学之间的密切合作使其取得了成果。该论文的第一作者 Hareem Khan 女士表现出非凡的毅力，克服了许多技术挑战，与李永祥教授一起证明了该概念的可行性。

液态金属合成

前所未有的合成技术涉及硫化锡 (SnS) 的范德华剥离，锡熔化时在锡表面形成，同时暴露在硫化氢 (H 2 S) 气体环境中。H 2 S 在界面上分解并使熔体表面硫化形成 SnS。

该技术同样适用于其他单层 IV 族单硫属化物，预计它们会表现出相同的强压电性。这种基于液态金属的方法使我们能够提取具有最小晶界的均匀和大规模单层 SnS。

测量证实该材料具有高载流子迁移率和压电系数，这转化为特定施加应变下产生的电压和负载功率的异常峰值，明显高于之前报道的任何二维纳米发电机。

透射电子显微镜 (TEM) 图像：原子级薄(单层)硫化锡纳米片(比例尺为 500 nm) 图片来源：FLEET

还展示了设备的高耐用性和灵活性。这证明非常稳定的合成单层 SnS 可以在商业上用于发电纳米器件。 根据当前对智能、便携式和柔性电子产品的技术倾向，它们还可用于开发用于收集人体机械运动的传感器.

该结果是朝着基于压电的、柔性的、可穿戴的能量清除设备迈出的一步。它还提出了一种前所未有的大型(晶圆)规模单硫化锡单层合成技术。

压电材料

压电材料可以将施加的机械力或应变转化为电能。最出名的是用于燃气烤架和炉灶的简单“压电”打火机，感应加速度突然变化的压电设备用于触发车辆安全气囊，更灵敏的设备识别手机的方向变化或形成声音和压力传感器。

更灵敏的压电材料可以利用由极小的机械位移、振动、弯曲或拉伸产生的小电压来为小型化设备供电，例如嵌入人体的生物传感器，无需外部电源。

该研究“基于液态金属的高性能单层 SnS 压电纳米发电机的合成”于2020 年 7 月发表在《自然通讯》上。