[发明专利]一种二维材料在速度传感器中的应用

说明书

本发明公开了一种二维材料在速度传感器中的应用，这种二维材料具有面内自发极化，该二维材料的双层堆垛结构能够在机械运动下产生铁电‑反铁电相变，基于这种双层二维材料的铁电‑反铁电相变的应用，还公开了包括双层二维材料的速度传感器。本发明利用二维材料的铁电相变，提高纳米尺度的机械位移测量精度，通过外界作用驱动双层二维材料层间滑移，实现双层二维材料从铁电相和反铁电相的相互转化，将二维材料层间滑移的机械能转化为双向脉冲电流，同时适用于单向和往返形式的机械运动，可通过测量脉冲电流的大小和频率来反映层间机械滑移速度，输出电流较大，便于测量层间相对运动速度，且测量的速度范围广。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体的，涉及二维材料在速度传感器中的应用。

背景技术

随着电子设备的小型化、微型化以及柔性电子材料的发展，亟需新一代纳米功能器件的研究和开发，而传统三维材料由于其体积和微观尺度下性能的局限性，很难满足纳机电系统的需要。以石墨烯、黑磷烯以及二硫化钼为代表的二维材料具有天然的纳米厚度，良好的柔性，特别是其奇异的电学性能和力学行为，被材料研究者广泛关注并有望成为纳米机电系统中机电耦合的核心材料。

纳米机电系统通常尺寸小，精度要求高，其低尺度下的机械运动往往很难准确测量。纳米速度传感器结构简单，可以将微弱的机械运动转化为电信号，基于机械运动与电信号之间的关系，通过测量输出的电信号来间接测量微尺度下的机械运动，从而更好地实现机电耦合效应和纳米机电系统的特定功能。然而，基于压电材料产生的电信号一般较弱，且不能很好地反映微观下的长程的平移运动。

极化材料电信号的输出，主要与其极化的变化率有关。传统压电或铁电材料由于其脆性和退极化场效应很难做纳米尺度的薄膜，即使是具有自发极化的二维材料，利用其压电效应输出电信号时，电极化也只是一定范围内变化，同时外界施加的应变一般是不断往复的。这导致它们对外界运动的响应灵敏度低，运动方式有很大局限性。

发明内容

基于上述问题，为提高纳米尺度下机械运动速度的测量精度，本发明利用二维材料的铁电相变，能够弥补压电材料的不足，本发明提供了二维材料在速度传感器中的应用，该系统结构简单，材料单一，能够将二维材料层间滑移的机械能转化为双向脉冲电流，同时适用于单向和往返形式的机械运动，输出电流信号较大，而且可通过测量脉冲电流的大小和频率来反映层间机械滑移速度。

本发明的第一个目的旨在提供二维材料在速度传感器中的应用。

本发明的第二个目的旨在提供一种包括双层二维材料的速度传感器。

本申请的具体技术方案为：二维材料在速度传感器中的应用。

进一步的，二维材料在速度传感器中的应用，所述二维材料拥有面内自发极化，双层结构能够在机械运动下产生铁电-反铁电相变。

进一步的，基于二维材料双层堆垛结构的铁电-反铁电相变在速度传感器中的应用。

进一步的，所述二维材料包括硒化锡、硫化锡中的一种。

本发明提供一种速度传感器，包括双层二维材料，，所述二维材料拥有面内自发极化，双层结构能够在机械运动下产生铁电-反铁电相变。

进一步的，所述双层二维材料为双层硒化锡、双层硫化锡中的一种。

进一步的，上述速度传感器，分别将双层二维材料与所需要测速的部件相连，或直接将双层二维材料沉积到部件表面，上下两层二维材料通过导线和电流表相连形成回路。

上述速度传感器的使用方法，通过外界作用驱动双层二维材料层间滑移，实现双层二维材料从铁电相和反铁电相的相互转化，将二维材料层间滑移的机械能转化为双向脉冲电流，通过测量脉冲电流的大小和频率来反映层间机械滑移速度。用两层材料之间的滑移运动来反映与之相连或沉积部件之间的相对运动，进而直接测量输出的电信号来反映该运动。