وقتی نور و فشار همزمان برق تولید می‌کنند

قسمت دوم و پایانی
اما بوروفین ماده‌ای جدیدتر است:یک ورقه اتمی بسیار سبک از بور که ساختار ویژه‌ای دارد با ترکیب اشکال مثلثی و شش‌ضلعی و ترکیبی از خواص جالب: استحکام بالا، انعطاف‌پذیری، سبکی و در برخی ساختارها، توانایی رسانایی الکتریکی.
مهم‌ترین نکته این است: پژوهشگران این دو ماده را نه به صورت جداگانه، بلکه با هم «آمیخته» کرده‌اند و یک «heterostructure» دوبعدی بر پایه لایه‌های نانویی ایجاد کرده‌اند. در این ساختار، لایه‌های MoS₂ و بوروفین با نیروی ضعیف واندروالس روی هم قرار گرفته‌اند، یعنی بدون نیاز به تطابق دقیق کریستالی در سطح اتمی و با حفظ خواص ویژه هر لایه. به کمک میکروسکوپ الکترونی با قدرت تفکیک بالا و طیف‌نگاری رامان، محققان ثابت کردند که این لایه‌ها به درستی روی هم سوار شده‌اند و علاوه بر ویژگی‌های هر ماده، ویژگی‌های جدیدی در سطح مشترک آن‌ها ظاهر شده است.پس از ساخت این ساختار نانویی، این تیم تحقیقاتی آن را در قالب یک نانوژنراتور انعطاف‌پذیر روی زیرلایه‌ای از پلاستیک (PET) و با ماتریس پلیمری (PDMS) ساختند. این دستگاه با فشردن یا اعمال فشار عمودی (مثلاً با وزن ۱ کیلوگرم) توانست ولتاژی تا ۲۲ ولت و چگالی جریان ۳۴ میکروآمپر بر سانتی‌متر مربع تولید کند، یعنی عملکردی تقریباً ده برابر بهتر از هر کدام از مواد اولیه به‌تنهایی.
علاوه بر این، بازده تبدیل انرژی این دستگاه حدود ۳۷ درصد گزارش شده است، عددی بسیار بالا برای یک نانوژنراتور.
اما نکته جالب‌تر: وقتی این نانوژنراتور تحت فشار مکانیکی و در
 عین حال در معرض نور فرابنفش (UV) قرار گرفت، خروجی آن به طور قابل توجهی افزایش یافت. این یعنی ساختار heterostructure نه فقط برای تولید برق از فشار، بلکه برای کاربرد به‌عنوان «سنسور خود-توان حساس به نور» نیز مناسب است.
علت این تقویت عملکرد تحت نور هم در ترکیب خاص این دو ماده نهفته است: MoS₂ تقریباً نیمه‌هادی نوع n و بوروفین نیمه‌هادی نوع p هستند، بنابراین وقتی کنار هم قرار می‌گیرند، یک « پیوند p–n » تشکیل می‌شود که باعث جداسازی کارآمد الکترون‌ها و حفره‌ها می‌شود. تحت فشار، «پیزوپتانسیل» ایجاد می‌شود و تحت نور UV نیز جفت الکترون-حفره تولید می‌شود و این ترکیب منجر به خروجی بالا و قوی می‌شود.
همچنین مطالعات نشان داده‌اند که در این heterostructure،
«گپ انرژی» (band gap) نسبت به مواد اولیه کاهش یافته است، یعنی انرژی لازم برای انتقال الکترون کاهش یافته است. این امر به بهبود انتقال بار الکتریکی کمک می‌کند و احتمالاً یکی از عوامل مؤثر در خروجی بالای نانوژنراتور است.
منبع:ایسنا