[發明專利]一種二維材料在速度傳感器中的應用

有效

• 申請號: 202010796653.0
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN112083182B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 鄧俊楷;徐博;劉哲
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01P3/42
• 分類號: G01P3/42;G01P3/54
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 范盈

本發明公開了一種二維材料在速度傳感器中的應用，這種二維材料具有面內自發極化，該二維材料的雙層堆垛結構能夠在機械運動下產生鐵電?反鐵電相變，基于這種雙層二維材料的鐵電?反鐵電相變的應用，還公開了包括雙層二維材料的速度傳感器。本發明利用二維材料的鐵電相變，提高納米尺度的機械位移測量精度，通過外界作用驅動雙層二維材料層間滑移，實現雙層二維材料從鐵電相和反鐵電相的相互轉化，將二維材料層間滑移的機械能轉化為雙向脈沖電流，同時適用于單向和往返形式的機械運動，可通過測量脈沖電流的大小和頻率來反映層間機械滑移速度，輸出電流較大，便于測量層間相對運動速度，且測量的速度范圍廣。

技術領域

本發明屬于納米材料技術領域，具體的，涉及二維材料在速度傳感器中的應用。

背景技術

隨著電子設備的小型化、微型化以及柔性電子材料的發展，亟需新一代納米功能器件的研究和開發，而傳統三維材料由于其體積和微觀尺度下性能的局限性，很難滿足納機電系統的需要。以石墨烯、黑磷烯以及二硫化鉬為代表的二維材料具有天然的納米厚度，良好的柔性，特別是其奇異的電學性能和力學行為，被材料研究者廣泛關注并有望成為納米機電系統中機電耦合的核心材料。

納米機電系統通常尺寸小，精度要求高，其低尺度下的機械運動往往很難準確測量。納米速度傳感器結構簡單，可以將微弱的機械運動轉化為電信號，基于機械運動與電信號之間的關系，通過測量輸出的電信號來間接測量微尺度下的機械運動，從而更好地實現機電耦合效應和納米機電系統的特定功能。然而，基于壓電材料產生的電信號一般較弱，且不能很好地反映微觀下的長程的平移運動。

極化材料電信號的輸出，主要與其極化的變化率有關。傳統壓電或鐵電材料由于其脆性和退極化場效應很難做納米尺度的薄膜，即使是具有自發極化的二維材料，利用其壓電效應輸出電信號時，電極化也只是一定范圍內變化，同時外界施加的應變一般是不斷往復的。這導致它們對外界運動的響應靈敏度低，運動方式有很大局限性。

發明內容

基于上述問題，為提高納米尺度下機械運動速度的測量精度，本發明利用二維材料的鐵電相變，能夠彌補壓電材料的不足，本發明提供了二維材料在速度傳感器中的應用，該系統結構簡單，材料單一，能夠將二維材料層間滑移的機械能轉化為雙向脈沖電流，同時適用于單向和往返形式的機械運動，輸出電流信號較大，而且可通過測量脈沖電流的大小和頻率來反映層間機械滑移速度。

本發明的第一個目的旨在提供二維材料在速度傳感器中的應用。

本發明的第二個目的旨在提供一種包括雙層二維材料的速度傳感器。

本申請的具體技術方案為：二維材料在速度傳感器中的應用。

進一步的，二維材料在速度傳感器中的應用，所述二維材料擁有面內自發極化，雙層結構能夠在機械運動下產生鐵電-反鐵電相變。

進一步的，基于二維材料雙層堆垛結構的鐵電-反鐵電相變在速度傳感器中的應用。

進一步的，所述二維材料包括硒化錫、硫化錫中的一種。

本發明提供一種速度傳感器，包括雙層二維材料，，所述二維材料擁有面內自發極化，雙層結構能夠在機械運動下產生鐵電-反鐵電相變。

進一步的，所述雙層二維材料為雙層硒化錫、雙層硫化錫中的一種。

進一步的，上述速度傳感器，分別將雙層二維材料與所需要測速的部件相連，或直接將雙層二維材料沉積到部件表面，上下兩層二維材料通過導線和電流表相連形成回路。

上述速度傳感器的使用方法，通過外界作用驅動雙層二維材料層間滑移，實現雙層二維材料從鐵電相和反鐵電相的相互轉化，將二維材料層間滑移的機械能轉化為雙向脈沖電流，通過測量脈沖電流的大小和頻率來反映層間機械滑移速度。用兩層材料之間的滑移運動來反映與之相連或沉積部件之間的相對運動，進而直接測量輸出的電信號來反映該運動。