微机械谐振器研究新进展:利用氢气调谐量子材料

量子材料是未来智能设备最有前途的组成部分,这些材料的特殊之处在于,它们可以通过几个外部参数按需控制,例如加热或冷却、使用电流或施加机械压力。这些材料的磁性和电子特性通常可以动态控制,从而推动存储器和能量收集装置等关键部件的开发。

  据外媒报道,近日,荷兰代尔夫特理工大学的研究人员发现了一种利用氢气拉伸和压缩量子材料的方法。他们用一小段称为三氧化钨的材料证明了这种效果,该材料充当氢海绵。这项研究是微机械谐振器发展过程中的一个新阶段,具有广泛的应用前景,它们可用于喷墨打印机、环境条件传感器以及未来纳米电子中的有源组件。

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  量子材料是未来智能设备最有前途的组成部分,这些材料的特殊之处在于,它们可以通过几个外部参数按需控制,例如加热或冷却、使用电流或施加机械压力。这些材料的磁性和电子特性通常可以动态控制,从而推动存储器和能量收集装置等关键部件的开发。

  当前,量子材料的一个局限性在于它们的机械性能通常只能通过静态方法来控制。这意味着一旦设计和生产出这种装置,它的机械特性就无法更改。因此研究人员Nicola Manca和Giordano Mattoni利用一种新工具——氢气,解决了这个问题。

  研究人员利用了三氧化钨,这是一种晶体材料,可以很容易地把氢注入到它的晶格中。“三氧化钨会迅速吸收氢气,这会使晶体结构大幅度膨胀,这类似于将干海绵放入水中会产生的现象。”材料专家Giordano Mattoni说。该一过程完全是可逆的,就像海绵一样,当暴露在纯净空气中时,该材料会排出氢气,这使得控制其机械性能成为可能。

  利用代尔夫特理工大学高质量的材料合成和先进的纳米加工设备,研究人员制造了三氧化钨的薄悬浮结构:即一种所谓的微机械谐振器,吸收氢气后,该结构发生了很大的机械变化。微机械谐振器专家Nicola Manca说:“感觉就像我们在调整吉他弦一样。氢气能够将材料的共振频率调制500%以上,应变调制非常大,以致于在普通显微镜下可以观察到诱导的变化。氢进入物质越多,它就膨胀和弯曲的越厉害。”

  该技术的主要优点之一是,它可以在室温、受控环境下使用,它也是完全可逆的。作为对比参考,使用常规方法和材料(如硅中的热膨胀)获得类似的应变调制需要将温度提高1500度以上。

  代尔夫特理工大学正在申请H2与WO3相互作用的专利,并计划在该方向上进行进一步的研究。

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