含晶界单层过渡金属硫化物的压电效应研究
作者:
作者单位:

南京航空航天大学航空学院,南京 210016

作者简介:

通讯作者:

王东,男,硕士,E-mail:15851817100@qq.com。

中图分类号:

O472

基金项目:

国家自然科学基金(11972186,11890674,51921003);中央高校基本科研业务费专项资金(NE2019001);江苏省高等学校学科建设重点项目。


Piezoelectric Effect of Monolayer Transition Metal Dichalcogenides with Grain Boundaries
Author:
Affiliation:

College of Aerospace Engineering, Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, Nanjing 210016, China

Fund Project:

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    摘要:

    在单层过渡金属硫化物(Transition metal dichalcogenides,TMDs)的合成过程中,缺陷是不可避免的,而且缺陷对单层TMDs的物理化学性质有着重要的影响。为了研究晶界(Grain boundaries,GBs)对单层TMDs压电效应的影响,基于密度泛函理论(Density functional theory,DFT),计算了36种含晶界单层TMDs和36种不含晶界单层TMDs的压电系数。结果表明:晶界的存在会增强单层TMDs的压电效应,这是由于晶界会导致体系产生应变梯度,从而激发了挠曲电效应。压电系数的变化呈现明显的周期趋势,即随着硫族元素相对原子质量的增加压电系数逐渐增大,其中,含晶界的单层MoTe2的压电系数最大为11.17 pm/V,与单层MoTe2 (8.74 pm/V)相比,提高了约27.8%。本文的研究结果可以为开发应用于飞行器中的高灵敏度传感器和高精度控制器的设计提供理论指导。

    Abstract:

    Defects are inevitable in the synthesis of monolayer transition metal dichalcogenides (TMDs) and will impose important influence on the physical and chemical properties of monolayer TMDs. In order to study the influence on the piezoelectric effect of monolayer TMDs with grain boundaries (GBs), the piezoelectric coefficients of 36 kinds of monolayer TMDs with GBs and 36 kinds of perfect monolayer TMDs are calculated based on density functional theory (DFT). The results show that the GBs enhance the piezoelectric effect of monolayer TMDs. This is owing to that GBs lead to strain gradients and the flexoelectricity is triggered. The change in piezoelectric coefficients shows an obvious periodic trend. The piezoelectric coefficient increases gradually with the relative atomic mass of chalcogenide elements increase. The maximum piezoelectric coefficient of monolayer MoTe2 with GBs is 11.17 pm/V, which is enhanced about 27.8% compared with that of the perfect MoTe2 (8.74 pm/V). These results provide a theoretical guidance for the development of high-sensitivity sensors and high-precision controllers in aircraft.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

王东,浦鸣杰.含晶界单层过渡金属硫化物的压电效应研究[J].南京航空航天大学学报,2022,54(4):723-728

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  • 收稿日期:2020-11-30
  • 最后修改日期:2021-03-23
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  • 在线发布日期: 2023-02-22
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