探索微观世界的“智能肌肉”——超薄压电材料

原子是人类目前“操作”的物质极限。现在人类可以通过电子“看到”操作单个原子，其操作精度已经达到1纳米以下。但这种操控还远未达到灵活阶段，更不用说组装原子了。精密的定位和驱动依赖致动器(Actuator)，而致动器的最重要的核心之一为压电材料。压电材料被誉为人类探索微观世界的“智能肌肉”，它可通过外加电压，获得细微形变，进而实现高精度驱动;它也可应用于高精度的应变、位移与定位的传感器。科学家认为，目前实现亚原子尺度的超高精度定位仍极具挑战。超薄压电材料有望在解决这一问题上大展身手：用原子级尺寸的压电材料，获得亚原子分辨率的定位和驱动。

据悉，中外科学家合作制备出高质量的压电材料——硫化镉超薄纳米片薄膜，其厚度仅为2—3纳米。这一成果推动了人类微观世界认知。相关论文刊登在近日出版的《科学进展》上。

新加坡南洋理工大学教授刘政团队与中科院苏州纳米技术与纳米仿生所研究员张珽团队联合南京大学、新加坡科技局先进制造研究所，以及美国杜克大学，五方合作，通过化学气相沉积法，制备出高质量的压电材料——硫化镉(CdS)超薄纳米片薄膜(厚度2—3—纳米)。研究人员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，并且理论模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的基础。