新型二维量子压电材料及传感器应用

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成果单位：北京信息科技大学

合作方式：面议

所处阶段：概念

关键词：薄膜传感器传感器件黑磷二维结构固气液生长法MgO量子点

成果评价

总得分（满分100）

资本强度（满分0）

该成果得分：0

小果解读

核心问题

当前传感器应用中，传统压电材料如ZnO压电薄膜的压电性能有限，难以满足高精度、高灵敏度的传感需求。市场迫切需要一种具有更高压电常数的新型材料，以提升传感器的性能和应用范围。

解决方案

该团队设计了一种新型二维量子压电材料，通过改进的固-气-液凝结生长法，在黑磷二维结构上生长出MgO量子点。这种创新的结构使原本不具有压电性的MgO表现出强压电响应，压电常数高达645pm/V，较传统ZnO压电薄膜提高了35倍。该技术实现了二维形貌中的零维功能特性，为传感器应用提供了全新的高性能材料。

竞争优势

该新型二维量子压电材料具有显著的竞争优势。其压电常数远超传统材料，达到现有商用压电陶瓷材料的水平，为传感器的高精度、高灵敏度提供了有力保障。此外，该材料基于二维限域结构和量子点的设计，实现了独特的零维功能特性，为传感器件的创新应用开辟了新途径。在小试阶段已展现出巨大的应用潜力和商业价值。

成果描述

成果公开日期

20241115

所属产业领域

制造业

转化现有基础

尺寸更小、性能更高、适用范围更广的传感材料是传感器领域科研人员探索的高地。传统压电理论认为只有21个具有不对称性的点群的晶体才可能产生于剩余极化从而产生压电性。近年来，越来越多二维材料被发现具有压电性，已成为该领域研究的前沿。

转化合作需求

团队设计了一种厚度仅为11nm纳米的片状黑磷二维限域结构，通过改进的固-气-液凝结生长法，在上述黑磷二维结构上生长出MgO量子点，使原本不具有压电性的MgO表现出强压电响应，压电常数可达645pm/V（与传统ZnO压电薄膜材料（13.8pm/V）相比提高了35倍，达到现有商用压电陶瓷材料的水平）。上述二维形貌中的零维功能特性，可广泛应用于各类薄膜传感器件，成为新一代传感器件的核心功能材料。在此基础上，课题组进一步探索了二维材料的多维生长机制，进行了二维材料在柔性器件中的集成与应用拓展研究。相关成果陆续发表于该领域TOP期刊Journal of Alloys and Compounds、Nanoscale、Cell Reports Physical Science上。