Điều khiển tính chất cơ lý và khả năng hấp thụ ánh sáng của các cấu trúc vật liệu hai chiều ứng dụng trong cảm biến áp điện và cảm biến hình ảnh

Khám phá cách điều khiển tính chất cơ lý và khả năng hấp thụ ánh sáng của vật liệu hai chiều trong cảm biến áp điện và cảm biến hình ảnh.

• Tác giả: Nguyễn Hoàng Linh
• Người hướng dẫn: PGS. Đỗ Văn Trường
• Trường học: Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ điện tử
• Đề tài: Điều khiển tính chất cơ – lý và khả năng hấp thụ ánh sáng của vật liệu hai chiều trong cảm biến
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
• 1.1. Cảm biến áp điện
• 1.1.1. Nguyên lý hoạt động của cảm biến áp điện
• 1.1.2. Một số loại cảm biến áp điện thường gặp
• 1.2. Cảm biến hình ảnh
• 1.2.1. Các bộ phận chính của cảm biến và nguyên lý hoạt động
• 1.2.2. Một số loại cảm biến hình ảnh
• 1.2.3. Vai trò của cảm biến áp điện và cảm biến hình ảnh trong đời sống
• 1.3. Vật liệu hai chiều - tiềm năng ứng dụng trong cảm biến
• 1.4. Động lực nghiên cứu
• 1.4.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.4.2. Phương pháp điều khiển tính chất của vật liệu
• 1.5. Đóng góp mới của luận văn
• 1.5.1. Hàm sóng và phương trình Schrödinger
• 1.5.2. Phương trình Schrödinger
• 1.5.3. Phương trình Schrödinger cho hệ nhiều hạt
• 1.5.4. Nguyên lý biến phân
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Lý thuyết phiếm hàm mật độ - DFT
• 2.1.1. Khái niệm mật độ trạng thái của electron
• 2.1.2. Mô hình Thomas-Fermi
• 2.1.3. Định lý Hohenberg-Kohn
• 2.1.4. Phương trình Kohn-Sham
• 2.1.5. Phiếm hàm tương quan trao đổi
• 2.1.6. Giả thế năng
• 2.1.7. Vùng không gian đảo – Brilluion
• 2.1.8. Tối ưu hoá cấu trúc
• 2.1.9. Phần mềm tính toán
• 2.2. Tính chất cơ – lý và khả năng hấp thụ ánh sáng
• 2.2.1. Tính chất cơ học
• 2.2.2. Tính chất điện tử của một vật liệu
• 2.2.3. Khả năng hấp thụ ánh sáng của vật liệu
• 3. CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN TÍNH CHẤT CƠ – LÝ VÀ KHẢ NĂNG HẤP THỤ ÁNH SÁNG CỦA CẤU TRÚC VẬT LIỆU 1T-NiS2
• 3.1. Tối ưu hoá cấu trúc và tính ổn định của cấu trúc vật liệu 1T-NiS2
• 3.1.1. Tối ưu hoá cấu trúc
• 3.1.2. Tính ổn định của cấu trúc vật liệu 1T-NiS2
• 3.2. Tính chất cơ – lý của cấu trúc vật liệu 1T-NiS2
• 3.3. Khả năng hấp thụ ánh sáng của cấu trúc vật liệu 1T-NiS2
• 4. CHƯƠNG 4: ĐIỀU KHIỂN TÍNH CHẤT CƠ – LÝ VÀ KHẢ NĂNG HẤP THỤ ÁNH SÁNG CỦA CÁC CẤU TRÚC VẬT LIỆU 1H-PbX2
• 4.1. Tối ưu hoá và tính ổn định của các cấu trúc vật liệu 1H-PbX2
• 4.1.1. Tối ưu hoá cấu trúc
• 4.1.2. Tính ổn định của các cấu trúc vật liệu 1H-PbX2
• 4.2. Tính chất cơ – lý của các cấu trúc vật liệu 1H-PbX2
• 4.3. Khả năng hấp thụ ánh sáng của các cấu trúc vật liệu 1H-PbX2
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Vật Liệu 2D trong Cảm Biến Cơ Lý Ánh Sáng

Vật liệu hai chiều (2D) đang thu hút sự chú ý lớn trong lĩnh vực cảm biến nhờ các đặc tính vượt trội như diện tích bề mặt lớn, khả năng linh hoạt về cơ học, và đặc biệt là khả năng tương tác mạnh mẽ với ánh sáng. Các vật liệu như graphene, MoS2, WS2, và Black Phosphorus đã chứng minh tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị cảm biến áp điện và cảm biến hình ảnh. Nghiên cứu này tập trung vào việc khám phá và điều khiển tính chất cơ lý cũng như khả năng hấp thụ ánh sáng của các vật liệu 2D để tối ưu hóa hiệu suất của cảm biến. Sự phát triển của kỹ thuật chế tạo vật liệu 2D cũng đóng vai trò then chốt trong việc hiện thực hóa các ứng dụng này. Theo luận văn, “vật liệu hai chiều (2D) đang được ứng dụng ngày càng nhiều trong thực tế như các thiết bị cảm biến, thiết bị quang học, quang hợp nhân tạo, quang xúc tác, … đặc biệt ứng dụng trong các thiết bị cảm biến sử dụng trong hệ thống cơ điện tử.”

1.1. Tiềm năng ứng dụng vật liệu 2D trong cảm biến

Vật liệu hai chiều, hay còn gọi là vật liệu nano, có nhiều ưu điểm vượt trội so với vật liệu truyền thống trong ứng dụng cảm biến. Diện tích bề mặt lớn giúp tăng khả năng tương tác với môi trường xung quanh, dẫn đến độ nhạy cao hơn cho cảm biến. Độ bền cơ học và độ cứng tốt cho phép cảm biến hoạt động ổn định trong các điều kiện khắc nghiệt. Quan trọng hơn, khả năng hấp thụ ánh sáng của vật liệu 2D có thể được điều khiển thông qua các yếu tố như biến dạng, mở ra nhiều khả năng mới cho cảm biến hình ảnh. Những tính chất này làm cho vật liệu 2D trở thành ứng cử viên sáng giá cho các ứng dụng cảm biến tiên tiến.

1.2. Các loại vật liệu 2D phổ biến Graphene TMDs và BP

Graphene, với cấu trúc mạng tinh thể lục giác, nổi bật với độ dẫn điện và độ bền cơ học cao. Tuy nhiên, việc thiếu khe năng lượng là một hạn chế. TMDs (Transition Metal Dichalcogenides) như MoS2 và WS2 khắc phục nhược điểm này với khe năng lượng có thể điều khiển, mở ra tiềm năng trong các ứng dụng quang điện. Black Phosphorus (BP) cũng là một lựa chọn hấp dẫn với tính dị hướng cao và khả năng hấp thụ quang tốt. Việc lựa chọn vật liệu 2D phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng ứng dụng cảm biến, đặc biệt là độ nhạy cảm biến, tính chọn lọc cảm biến và độ ổn định cảm biến.

II. Thách Thức trong Điều Khiển Tính Chất Cơ Lý Vật Liệu 2D

Mặc dù tiềm năng của vật liệu 2D là rất lớn, việc điều khiển tính chất vật liệu một cách chính xác và ổn định vẫn còn nhiều thách thức. Tính chất cơ lý như độ bền cơ học, module đàn hồi, và biến dạng có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như cấu trúc nano, bề mặt vật liệu, và các khuyết tật. Tương tự, khả năng hấp thụ ánh sáng phụ thuộc vào khe năng lượng và tương tác ánh sáng vật chất, đòi hỏi sự kiểm soát chặt chẽ các thông số này. Bài toán đặt ra là tìm ra phương pháp điều khiển tính chất hiệu quả để tối ưu hóa hiệu suất cảm biến. Theo luận văn, "Độ chính xác của cảm biến hình ảnh phụ thuộc vào khả năng hấp thụ ánh sáng của vật liệu sử dụng. Do vậy, cần có nghiên cứu làm sáng tỏ cơ chế điều khiển mức độ hấp thụ ánh sáng của cảm biến là cần thiết."

2.1. Ảnh hưởng của biến dạng cơ học đến tính chất vật liệu

Biến dạng cơ học, bao gồm biến dạng kéo, biến dạng nén, và biến dạng uốn, có thể thay đổi đáng kể tính chất điện tử và quang học của vật liệu 2D. Ví dụ, biến dạng có thể điều khiển khe năng lượng, ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ ánh sáng. Phân tích tính chất cơ lý dưới tác động của biến dạng là rất quan trọng để thiết kế cảm biến có hiệu suất cao và ổn định. Các phương pháp mô phỏng vật liệu như DFT (Density Functional Theory) và MD (Molecular Dynamics) được sử dụng để dự đoán và phân tích các ảnh hưởng này.

2.2. Khó khăn trong kiểm soát cấu trúc nano và khuyết tật

Việc kiểm soát chính xác cấu trúc nano và giảm thiểu khuyết tật trong vật liệu 2D là một thách thức lớn. Khuyết tật có thể làm giảm độ bền cơ học, thay đổi tính chất điện tử, và ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ ánh sáng. Các kỹ thuật chế tạo vật liệu 2D tiên tiến như CVD (Chemical Vapor Deposition) và bóc tách cơ học đang được phát triển để cải thiện chất lượng vật liệu. Tuy nhiên, việc đạt được vật liệu hoàn hảo với cấu trúc đồng nhất và ít khuyết tật vẫn là một mục tiêu quan trọng.

III. Phương Pháp Điều Khiển Tính Chất Biến Dạng Cấu Trúc Hetero

Để vượt qua các thách thức trên, nghiên cứu này tập trung vào hai phương pháp điều khiển tính chất chính: sử dụng biến dạng cơ học và tạo cấu trúc heterostructure. Biến dạng có thể được sử dụng để điều khiển khe năng lượng và khả năng hấp thụ ánh sáng của vật liệu 2D. Cấu trúc heterostructure, bằng cách kết hợp hai hoặc nhiều vật liệu 2D khác nhau, có thể tạo ra các tính chất mới và cải thiện hiệu suất cảm biến. Việc kết hợp hai phương pháp này có thể mang lại những kết quả đột phá. "Luận văn đề xuất cơ chế điều khiển tính chất cơ – lý và khả năng hấp thụ ánh sáng của các cấu trúc vật liệu dựa trên biến dạng cơ học."

3.1. Điều khiển tính chất bằng biến dạng cơ học Lý thuyết và ứng dụng

Biến dạng cơ học là một phương pháp hiệu quả để điều khiển tính chất điện tử và quang học của vật liệu 2D. Tính toán lý thuyết và mô phỏng vật liệu cho thấy rằng biến dạng có thể thay đổi khe năng lượng, ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ ánh sáng, và thậm chí tạo ra các trạng thái điện tử mới. Ứng dụng của biến dạng trong cảm biến bao gồm việc tạo ra các cảm biến áp điện có độ nhạy cao và các cảm biến hình ảnh có khả năng hấp thụ quang tốt hơn.

3.2. Tạo cấu trúc Heterostructure Thiết kế và tối ưu hóa

Cấu trúc heterostructure, được tạo ra bằng cách xếp chồng hai hoặc nhiều lớp vật liệu 2D khác nhau, mở ra nhiều khả năng mới trong việc điều khiển tính chất. Việc lựa chọn vật liệu phù hợp và tối ưu hóa cấu trúc là rất quan trọng để đạt được tính chất mong muốn. Cấu trúc heterostructure có thể cải thiện khả năng hấp thụ ánh sáng, tăng độ dẫn điện, và tạo ra các hiệu ứng lượng tử độc đáo. Các cảm biến dựa trên cấu trúc heterostructure có thể có hiệu suất cao hơn và tính chọn lọc tốt hơn.

3.3. Kết hợp biến dạng và cấu trúc heterostructure để tối ưu hóa

Việc kết hợp đồng thời biến dạng cơ học và cấu trúc heterostructure mang lại khả năng điều khiển tính chất vật liệu một cách linh hoạt và hiệu quả. Bằng cách áp dụng biến dạng lên cấu trúc heterostructure, có thể điều chỉnh các tính chất điện tử và quang học của vật liệu theo ý muốn. Cách tiếp cận này mở ra tiềm năng to lớn để phát triển các cảm biến có hiệu suất vượt trội, đáp ứng các yêu cầu khắt khe của các ứng dụng tiên tiến. Nghiên cứu sâu hơn về sự tương tác giữa biến dạng và cấu trúc heterostructure là rất quan trọng để khai thác tối đa tiềm năng của vật liệu 2D.

IV. Ứng Dụng Vật Liệu 2D trong Cảm Biến Áp Điện và Hình Ảnh

Nghiên cứu này tập trung vào ứng dụng của vật liệu 2D trong hai loại cảm biến chính: cảm biến áp điện và cảm biến hình ảnh. Cảm biến áp điện sử dụng hiệu ứng áp điện để chuyển đổi áp suất hoặc lực thành tín hiệu điện. Cảm biến hình ảnh chuyển đổi thông tin quang học thành tín hiệu điện để tạo ra hình ảnh. Việc điều khiển tính chất của vật liệu 2D có thể cải thiện đáng kể hiệu suất và độ nhạy của cả hai loại cảm biến. Luận văn tập trung nghiên cứu tính chất cơ học, quang học và điện tử của vật liệu hai chiều 1T-NiS2, 1H-PbS2 và 1H-PbSe2.

4.1. Cải thiện độ nhạy và độ bền của cảm biến áp điện

Vật liệu 2D có thể cải thiện độ nhạy và độ bền của cảm biến áp điện nhờ vào độ bền cơ học cao và khả năng chịu biến dạng tốt. Việc sử dụng cấu trúc heterostructure cũng có thể tăng cường hiệu ứng áp điện, dẫn đến cảm biến có độ nhạy cao hơn. Ứng dụng của cảm biến áp điện bao gồm đo áp suất, lực, và gia tốc trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ y tế đến công nghiệp.

4.2. Nâng cao khả năng hấp thụ ánh sáng của cảm biến hình ảnh

Khả năng hấp thụ ánh sáng là yếu tố then chốt quyết định hiệu suất của cảm biến hình ảnh. Vật liệu 2D có thể được sử dụng để tạo ra các cảm biến hình ảnh có độ nhạy cao hơn và khả năng thu nhận hình ảnh tốt hơn trong điều kiện ánh sáng yếu. Việc điều khiển khe năng lượng và sử dụng cấu trúc heterostructure có thể tối ưu hóa khả năng hấp thụ quang của vật liệu, giúp tạo ra các cảm biến hình ảnh tiên tiến.

V. Nghiên Cứu Cụ Thể 1T NiS2 và 1H PbX2 cho Cảm Biến

Nghiên cứu này đi sâu vào phân tích tính chất cơ lý và khả năng hấp thụ ánh sáng của hai loại vật liệu 2D cụ thể: 1T-NiS2 và 1H-PbX2 (X = S, Se). Mục tiêu là đánh giá tiềm năng ứng dụng của các vật liệu này trong cảm biến áp điện và cảm biến hình ảnh. Việc mô phỏng và tính toán sử dụng DFT được thực hiện để dự đoán và phân tích các tính chất của vật liệu dưới các điều kiện khác nhau. "Luận văn tập trung nghiên cứu tính chất cơ học, quang học và điện tử của vật liệu hai chiều 1T-NiS2, 1H-PbS2 và 1H-PbSe2."

5.1. Phân tích tính chất của 1T NiS2 Độ bền và hấp thụ quang

1T-NiS2 là một vật liệu 2D đầy hứa hẹn với độ bền cơ học cao và khả năng hấp thụ quang tốt. Nghiên cứu này phân tích ảnh hưởng của biến dạng đến tính chất điện tử và quang học của 1T-NiS2. Kết quả cho thấy rằng biến dạng có thể điều khiển khe năng lượng và khả năng hấp thụ ánh sáng, mở ra tiềm năng ứng dụng trong cảm biến hình ảnh.

5.2. Nghiên cứu 1H PbX2 X S Se Điều khiển khe năng lượng bằng biến dạng

1H-PbX2 (X = S, Se) là các vật liệu 2D khác với tính chất điện tử và quang học độc đáo. Nghiên cứu này tập trung vào việc điều khiển khe năng lượng của 1H-PbX2 bằng cách áp dụng biến dạng. Kết quả cho thấy rằng biến dạng có thể làm thay đổi khe năng lượng và khả năng hấp thụ ánh sáng, tạo ra các cảm biến có độ nhạy và tính chọn lọc cao.

VI. Kết Luận Hướng Phát Triển Vật Liệu 2D cho Cảm Biến

Nghiên cứu này đã trình bày tổng quan về tiềm năng ứng dụng của vật liệu 2D trong cảm biến áp điện và cảm biến hình ảnh. Việc điều khiển tính chất cơ lý và khả năng hấp thụ ánh sáng của vật liệu 2D thông qua biến dạng và cấu trúc heterostructure là một hướng đi đầy hứa hẹn. Các kết quả nghiên cứu về 1T-NiS2 và 1H-PbX2 cung cấp những thông tin quan trọng cho việc thiết kế và chế tạo các cảm biến tiên tiến. Luận văn đã tiếp cận và mở rộng..."

6.1. Tổng kết các kết quả nghiên cứu chính

Nghiên cứu đã thành công trong việc phân tích và điều khiển tính chất của vật liệu 2D cho các ứng dụng cảm biến. Việc sử dụng biến dạng và cấu trúc heterostructure đã được chứng minh là các phương pháp hiệu quả để cải thiện hiệu suất cảm biến. Các kết quả về 1T-NiS2 và 1H-PbX2 cung cấp những dữ liệu quý giá cho việc phát triển các cảm biến có độ nhạy cao và tính chọn lọc tốt.

6.2. Hướng phát triển và nghiên cứu tiếp theo

Trong tương lai, cần tập trung vào việc phát triển các kỹ thuật chế tạo vật liệu 2D tiên tiến hơn để cải thiện chất lượng và giảm thiểu khuyết tật. Nghiên cứu sâu hơn về sự tương tác giữa biến dạng, cấu trúc heterostructure, và tính chất vật liệu là rất quan trọng để khai thác tối đa tiềm năng của vật liệu 2D. Ngoài ra, cần đẩy mạnh việc ứng dụng vật liệu 2D trong các cảm biến thực tế, từ đó đánh giá và cải thiện hiệu suất của các thiết bị này.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Vật liệu hai chiều (2D) đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu trọng điểm trong khoa học vật liệu và kỹ thuật cơ điện tử nhờ các tính chất cơ học, điện tử và quang học độc đáo. Từ khi graphene được tổng hợp thành công vào năm 2004, nhiều cấu trúc vật liệu 2D khác như 1T-NiS2, 1H-PbS2 và 1H-PbSe2 đã được phát triển và ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị cảm biến áp điện và cảm biến hình ảnh. Theo ước tính, các vật liệu 2D sở hữu diện tích bề mặt lớn, tính linh hoạt cơ học cao và khả năng hấp thụ ánh sáng mạnh mẽ, tạo điều kiện thuận lợi cho việc nâng cao hiệu suất và độ chính xác của cảm biến trong hệ thống cơ điện tử.

Luận văn tập trung nghiên cứu điều khiển tính chất cơ – lý và khả năng hấp thụ ánh sáng của các cấu trúc vật liệu hai chiều 1T-NiS2, 1H-PbS2 và 1H-PbSe2 nhằm ứng dụng trong cảm biến áp điện và cảm biến hình ảnh. Mục tiêu cụ thể bao gồm khảo sát ảnh hưởng của biến dạng cơ học đến độ rộng vùng trống năng lượng và hệ số hấp thụ ánh sáng, từ đó đề xuất cơ chế điều khiển phù hợp để cải thiện hiệu suất cảm biến. Phạm vi nghiên cứu áp dụng phương pháp mô phỏng nguyên tử dựa trên lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) với phần mềm Quantum ESPRESSO, tập trung vào các biến dạng kéo dọc theo các phương x, y và đồng thời theo hai phương.

Ý nghĩa nghiên cứu không chỉ nằm ở việc làm sáng tỏ các cơ chế vật lý mà còn góp phần thiết kế và chế tạo các cảm biến áp điện và cảm biến hình ảnh có độ bền cao, độ nhạy tốt và khả năng hoạt động ổn định trong thực tế. Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống cơ điện tử hiện đại, đặc biệt trong lĩnh vực y tế, giao thông và tự động hóa.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết trọng tâm: cơ học lượng tử và lý thuyết phiếm hàm mật độ (Density Functional Theory - DFT). Cơ học lượng tử cung cấp nền tảng mô tả tính chất sóng-hạt của electron thông qua hàm sóng và phương trình Schrödinger, cho phép dự đoán cấu trúc điện tử và các đặc tính vật liệu ở cấp độ nguyên tử. Phương trình Schrödinger cho hệ nhiều hạt được sử dụng để mô tả tương tác phức tạp giữa các electron và hạt nhân trong vật liệu.

Lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) là công cụ chính để tính toán các tính chất cơ – lý và quang học của vật liệu 2D. DFT chuyển đổi bài toán hàm sóng nhiều biến thành bài toán mật độ electron ba biến, giúp giảm đáng kể độ phức tạp tính toán. Các khái niệm chính bao gồm mật độ trạng thái electron, định lý Hohenberg-Kohn, phương trình Kohn-Sham và phiếm hàm tương quan trao đổi (GGA-PBE). Phương pháp giả thế cực mềm (USPP) được áp dụng để mô phỏng chính xác các tương tác electron trong vật liệu.

Ba khái niệm quan trọng khác là vùng không gian đảo Brillouin, tối ưu hóa cấu trúc vật liệu và hệ số hấp thụ ánh sáng α. Vùng không gian đảo được chia lưới điểm k theo phương pháp Monkhorst-Pack để tính toán tích phân tuần hoàn. Tối ưu hóa cấu trúc nhằm tìm vị trí nguyên tử ổn định với năng lượng cực tiểu và lực tác dụng nhỏ hơn ngưỡng cho phép. Hệ số hấp thụ ánh sáng được tính dựa trên phần thực và phần ảo của hàm điện môi, phản ánh khả năng hấp thụ photon của vật liệu.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các mô hình cấu trúc vật liệu 2D 1T-NiS2, 1H-PbS2 và 1H-PbSe2 được xây dựng dựa trên dữ liệu thực nghiệm và nghiên cứu trước đây. Phương pháp phân tích sử dụng tính toán nguyên lý đầu (ab-initio) dựa trên lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) với phần mềm Quantum ESPRESSO. Cỡ mẫu mô phỏng bao gồm các ô cơ sở với số lượng nguyên tử phù hợp để đảm bảo tính chính xác và khả năng hội tụ của kết quả.

Phương pháp chọn mẫu là mô phỏng cấu trúc tinh thể dưới các mức biến dạng cơ học khác nhau: biến dạng kéo dọc theo phương x (εxx), phương y (εyy) và đồng thời theo hai phương (εbia). Các biến dạng được tăng dần đến mức giới hạn phá hủy của vật liệu để khảo sát ảnh hưởng đến tính chất cơ học, điện tử và quang học.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong khoảng 12 tháng, bao gồm các giai đoạn: xây dựng mô hình, tối ưu hóa cấu trúc, tính toán các hằng số đàn hồi, phân tích cấu trúc vùng năng lượng, tính toán hệ số hấp thụ ánh sáng và tổng hợp kết quả. Các kết quả được so sánh với nghiên cứu trước đây và đánh giá tính ổn định, độ bền lý tưởng của vật liệu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tính ổn định và tính chất cơ học của 1T-NiS2: Qua kiểm tra dao động mạng phonon và các hằng số đàn hồi, cấu trúc 1T-NiS2 được xác định có tính ổn định cao. Mức biến dạng phá hủy đạt ε = 0.18 theo biến dạng kéo dọc phương x, với ứng suất lý tưởng khoảng 8 N/m. Hằng số đàn hồi và môđun đàn hồi cho thấy vật liệu có tính linh hoạt và độ bền phù hợp cho ứng dụng cảm biến.

2. Ảnh hưởng của biến dạng đến vùng trống năng lượng của 1T-NiS2: Ở trạng thái cân bằng, vật liệu có độ rộng vùng trống khoảng 0 eV (bán dẫn). Dưới biến dạng kéo ε = 0.14 dọc phương x, độ rộng vùng trống giảm 84% còn 0.08 eV. Biến dạng kéo ε = 0.12 dọc phương y làm vật liệu chuyển sang dẫn điện. Điều này chứng tỏ biến dạng cơ học có thể điều khiển tính chất điện tử của vật liệu.

3. Khả năng hấp thụ ánh sáng của 1T-NiS2: Hệ số hấp thụ ánh sáng α được cải thiện đáng kể trong vùng ánh sáng hồng ngoại khi tác động biến dạng kéo. Điều này mở ra khả năng điều khiển quang học linh hoạt cho cảm biến hình ảnh.

4. Tính chất cơ – lý và quang học của 1H-PbS2 và 1H-PbSe2: Hai cấu trúc này cũng có tính ổn định cao qua phổ dao động phonon và hằng số đàn hồi. Độ bền lý tưởng lớn nhất đạt 3.48 N/m cho 1H-PbS2 và 3.68 N/m cho 1H-PbSe2. Độ rộng vùng trống năng lượng lần lượt là khoảng 2 eV, thể hiện tính chất bán dẫn.

5. Ảnh hưởng của biến dạng đồng thời theo hai phương (εbia) đến 1H-PbX2: Biến dạng kéo đồng thời theo hai phương x và y ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc vùng năng lượng và hệ số hấp thụ ánh sáng. Hệ số hấp thụ ánh sáng của cả hai vật liệu có thể được điều khiển hiệu quả bằng biến dạng này, đặc biệt trong vùng ánh sáng nhìn thấy.

Thảo luận kết quả

Các kết quả cho thấy biến dạng cơ học là một công cụ hiệu quả để điều khiển tính chất cơ – lý và quang học của vật liệu hai chiều. Việc giảm độ rộng vùng trống năng lượng dưới tác động biến dạng kéo giúp tăng khả năng dẫn điện hoặc chuyển đổi trạng thái bán dẫn – dẫn điện, phù hợp với yêu cầu của cảm biến áp điện. Hệ số hấp thụ ánh sáng tăng lên trong vùng hồng ngoại và nhìn thấy cho thấy vật liệu có thể được tối ưu hóa để nâng cao độ nhạy của cảm biến hình ảnh.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, luận văn đã mở rộng phạm vi khảo sát bằng cách phân tích chi tiết ảnh hưởng của biến dạng kéo đồng thời theo hai phương, điều ít được đề cập trong các nghiên cứu trước. Kết quả cũng phù hợp với các báo cáo về tính linh hoạt và điều chỉnh tính chất điện tử của vật liệu 2D như graphene và MoS2.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ đường cong ứng suất – biến dạng, bảng tổng hợp hằng số đàn hồi, đồ thị cấu trúc vùng năng lượng dưới các mức biến dạng khác nhau và biểu đồ hệ số hấp thụ ánh sáng theo tần số photon. Những biểu đồ này giúp minh họa rõ ràng sự thay đổi tính chất vật liệu dưới tác động cơ học.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Ứng dụng biến dạng cơ học để điều khiển cảm biến: Khuyến nghị các nhà sản xuất cảm biến áp điện và cảm biến hình ảnh áp dụng kỹ thuật biến dạng cơ học có kiểm soát để điều chỉnh độ nhạy và độ bền của thiết bị. Thời gian thực hiện trong vòng 6-12 tháng, chủ thể là các phòng thí nghiệm nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ.

2. Phát triển vật liệu 2D đa chức năng: Đề xuất nghiên cứu sâu hơn về các vật liệu 2D khác có cấu trúc tương tự 1T-NiS2 và 1H-PbX2 nhằm mở rộng phạm vi ứng dụng trong cảm biến và thiết bị quang học. Thời gian nghiên cứu dự kiến 1-2 năm, do các viện nghiên cứu và trường đại học thực hiện.

3. Tối ưu hóa quy trình sản xuất vật liệu 2D: Khuyến nghị cải tiến quy trình tổng hợp và xử lý vật liệu 2D để đảm bảo tính ổn định và đồng nhất của cấu trúc, giảm chi phí sản xuất. Chủ thể thực hiện là các công ty công nghệ vật liệu, thời gian 12 tháng.

4. Xây dựng hệ thống mô phỏng và kiểm tra thực nghiệm: Đề xuất phát triển hệ thống mô phỏng kết hợp với thử nghiệm thực tế để đánh giá hiệu quả điều khiển tính chất vật liệu bằng biến dạng cơ học, đảm bảo tính khả thi và ổn định trong ứng dụng thực tế. Thời gian triển khai 1 năm, do các trung tâm nghiên cứu và doanh nghiệp phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu khoa học vật liệu: Luận văn cung cấp dữ liệu chi tiết về tính chất cơ – lý và quang học của vật liệu 2D, hỗ trợ phát triển các nghiên cứu mới về vật liệu nano và ứng dụng cảm biến.

2. Kỹ sư phát triển thiết bị cảm biến: Thông tin về cơ chế điều khiển tính chất vật liệu giúp thiết kế cảm biến áp điện và cảm biến hình ảnh có hiệu suất cao, độ bền và độ nhạy được cải thiện.

3. Doanh nghiệp công nghệ vật liệu và cảm biến: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học để tối ưu hóa quy trình sản xuất và ứng dụng vật liệu 2D trong các sản phẩm cảm biến, nâng cao tính cạnh tranh trên thị trường.

4. Sinh viên và học viên cao học ngành kỹ thuật cơ điện tử, vật liệu: Tài liệu tham khảo quý giá cho việc học tập, nghiên cứu và phát triển đề tài liên quan đến vật liệu 2D và ứng dụng trong hệ thống cơ điện tử.

Câu hỏi thường gặp

1. Vật liệu hai chiều là gì và tại sao chúng quan trọng trong cảm biến?
   Vật liệu hai chiều là các vật liệu có chiều dày rất mỏng so với chiều rộng, thường chỉ một hoặc vài lớp nguyên tử. Chúng có tính chất cơ học linh hoạt, điện tử và quang học đặc biệt, giúp cải thiện hiệu suất và độ nhạy của cảm biến áp điện và cảm biến hình ảnh.

2. Phương pháp DFT được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu này?
   DFT là phương pháp tính toán nguyên lý đầu giúp mô phỏng cấu trúc điện tử và tính chất vật liệu ở cấp độ nguyên tử. Trong luận văn, DFT được sử dụng để tính toán hằng số đàn hồi, cấu trúc vùng năng lượng và hệ số hấp thụ ánh sáng của vật liệu 2D dưới các mức biến dạng khác nhau.

3. Biến dạng cơ học ảnh hưởng thế nào đến tính chất vật liệu?
   Biến dạng cơ học làm thay đổi cấu trúc mạng tinh thể, ảnh hưởng đến độ rộng vùng trống năng lượng và khả năng hấp thụ ánh sáng. Điều này cho phép điều khiển tính chất điện tử và quang học của vật liệu, từ đó cải thiện hiệu suất cảm biến.

4. Các vật liệu 1T-NiS2, 1H-PbS2 và 1H-PbSe2 có điểm mạnh gì?
   1T-NiS2 có tính ổn định cao và khả năng chuyển đổi trạng thái bán dẫn – dẫn điện dưới biến dạng. 1H-PbS2 và 1H-PbSe2 có độ bền lý tưởng và hệ số hấp thụ ánh sáng tốt, có thể điều khiển bằng biến dạng kéo đồng thời theo hai phương, phù hợp cho cảm biến quang học.

5. Ứng dụng thực tế của nghiên cứu này là gì?
   Nghiên cứu giúp thiết kế và chế tạo các cảm biến áp điện và cảm biến hình ảnh có độ bền cao, độ nhạy tốt và khả năng hoạt động ổn định. Các thiết bị này được ứng dụng trong y tế, giao thông, tự động hóa và các hệ thống cơ điện tử hiện đại.

Kết luận

• Luận văn đã chứng minh được tính ổn định và khả năng điều khiển tính chất cơ – lý, quang học của vật liệu hai chiều 1T-NiS2, 1H-PbS2 và 1H-PbSe2 dưới tác động biến dạng cơ học.
• Biến dạng kéo dọc theo các phương x, y và đồng thời theo hai phương có ảnh hưởng rõ rệt đến độ rộng vùng trống năng lượng và hệ số hấp thụ ánh sáng, mở ra cơ chế điều khiển hiệu quả cho cảm biến.
• Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học quan trọng cho việc thiết kế và chế tạo cảm biến áp điện và cảm biến hình ảnh có hiệu suất cao trong hệ thống cơ điện tử.
• Phương pháp mô phỏng nguyên lý đầu dựa trên lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) với phần mềm Quantum ESPRESSO được xác nhận là công cụ mạnh mẽ và chính xác trong nghiên cứu vật liệu 2D.
• Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng nghiên cứu sang các vật liệu 2D khác, tối ưu hóa quy trình sản xuất và thử nghiệm thực tế để ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp.

Hành động ngay hôm nay: Các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ nên áp dụng kết quả nghiên cứu để phát triển các thiết bị cảm biến tiên tiến, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống và thúc đẩy sự phát triển của ngành cơ điện tử hiện đại.

Trích đoạn nội dung tài liệu

phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo. Nội dung của luận văn làm sáng tỏ các nội dung: giới thiệu tổng quan về các cấu trúc vật liệu hai chiều và tiềm năng ứng dụng trong các thiết bị cảm biến, trình bày sơ lược về phương pháp nghiên cứu sử dụng lý thuyết phiếm hàm mật độ cũng như phương pháp mô phỏng các cấu trúc vật liệu qua phần mềm Quantum ESPRESSO, quy trình tối ưu hoá cấu trúc và chứng minh tính ôn định của các vật liệu hai chiều, đưa ra một số các kết quả nghiên cứu về tính chất của vật liệu giúp ứng dụng trong các thiết bị cảm biến được tốt hơn. Luận văn đề xuất cơ chế điều khién tinh chat cơ — lý và khả năng hấp thụ ánh sáng của các cấu trúc vật liệu dựa trên biến dang co hoc. Kết quả nghiên cứu của luận văn có ý nghĩa quan trọng về khoa học và thực tiễn, góp phần quan trọng trong ứng dụng thiết kế và chế tạo các cảm biến áp điện và cảm biến hình ảnh phục vụ trong hệ thống cơ điện tử.

Luận văn này là một công trình nghiên cứu có ảnh hưởng trong lĩnh vực vật liệu hai chiều và ứng dụng của chúng trong lĩnh vực cơ điện tử. Thông qua phương pháp nghiên cứu và kết quả đạt được, luận văn cung cấp những thông tin quý giá cho cộng đồng nghiên cứu và các nhà khoa học để phát triển các thiết bị cảm biến tốt hơn và hiệu quả hơn trong tương lai. NGƯỜI THỰC HIỆN (Ký và ghi rõ họ tên) ii MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU. GIOT THIEU TONG QUAN.1 Cảm biến áp điện.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến áp điện.2 Một số loại cảm biến áp điện thường gặp.2 Cảm biến hình ảnh 1. Các bộ phận chính của cảm biến và nguyên lý hoạt động.2 Một số loại cảm biến hình ảnh.3 Vai trò của cảm biến áp điện và cảm biến hình ảnh trong đời sống.4 Vat liệu hai chiều - tiềm năng ứng dụng trong cảm biến.1 _ Đối tượng nghiên cứu.2 _ Phương pháp điều khiển tính chất của vật liệu.6 Đóng góp mới của luận VAN oe eceees ee eeeeeeeseeeeeseeeeeeeeeeseaeseeeeeeeeseaeaes 18 CHUONG 2. CO SO LY THUYET.1 Hàm sóng và phương trình Schrödinger.2 _ Phương trình Schrödinger 2.3 Phương trình Schrödinger cho hệ nhiều hạt.4 Nguyên lý biến phân.2 Lý thuyết phiếm hàm mật độ - DFT.1 Khái niệm mật độ trạng thái của electron.2 _ Mô hình Thomas-F€rTm1. Định lý Hohenberg-Kohn.4 __ Phương trình Kohn-Sham.5 Phiếm hàm tương quan trao đồi.6 — Giả thế năng.7 __ Vùng không gian đảo — Brilluion.8 __ Tối ưu hoá cấu trÚC.9 Phan mém tinh toan.

Tinh chat co — ly va kha nang hap thụ ánh sáng.1 Tính chất cơ học.2 __ Tính chất điện tử của một vật liệu. Khả năng hấp thụ ánh sáng của vật liệu. ĐIỀU KHIỂN TÍNH CHÁT CƠ - LÝ VÀ KHẢ NĂNG HÁP THỤ ÁNH SÁNG CỦA CÁU TRÚC VẬT LIỆU 1T-NiS:.1 Tối ưu hoá cấu trúc và tính ồn định của cấu trúc vật liệu IT-NiSa.1 _ Tối ưu hoá cấu trúc.2 _ Tính ồn định của cấu trúc vật liệu IT-NiSa.2 _ Tính chất cơ— lý của cấu trúc vật liệu IT-NiSa. Khả năng hấp thụ ánh sáng của cấu trúc vật liệu IT-NiSa.

ĐIỀU KHIỂN TÍNH CHÁT CƠ - LÝ VÀ KHẢ NĂNG HÁP THỤ ÁNH SÁNG CỦA CÁC CẤU TRÚC VẬT LIỆU 1H-PbX¿.1 Tối ưu hoá và tính ổn định của các cấu trúc vật liệu IH-PbX:.1 Tối ưu hoá cấu trúc.2 _ Tính ôn định của các cấu trúc vật liệu IH-PbX;.2 _ Tính chất cơ— lý của các cấu trúc vật liệu IH-PbX:. Khả năng hấp thụ ánh sáng của các cấu trúc vật liệu IH-PbX¿. 50 KÉT LUẬN DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO.----cs<ceseccseecsssecse 57 iv DANH MUC TU VIET TAT VA Ki HIEU Từ viết tắt Ý nghĩa ab-initio Phương pháp tính toán nguyên ly đầu Phương pháp cân bằng năng lượng cực tiêu Broyden- BFGS Fletcher-Goldfarb-Shanno CBM Điểm có năng lượng thấp nhất của vùng dẫn CCD Thiết bị ghép điện tích CMOS Cảm biến được chế tạo trên công nghệ mạch tích hợp DFT Lý thuyết phiếm hàm mật độ GGA Phuong phap x4p xi gradient téng quat h-BN Vật liệu có cấu trúc lục giác Boron Nito PBE Hàm Perdew-Burke-Ernzerhof TMDs Cac dichalcogenides kim loai chuyén tiép USPP Giả thế cực mềm Vật liệu 2D Vật liệu hai chiều VBM Điểm có năng lượng cao nhất của vùng hoá trị a. Hệ số hấp thụ ánh sáng Ey wan lượng ở trạng thái cân bằng của một hệ nguyên Đbia Biến dạng dọc theo hai phương x và y er Phần thực của hàm điện môi er Phần ảo của hàm điện môi Exx Bién dang doc theo phuong x Eyy Bién dang doc theo phuong y \ự Hàm sóng DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Cảm biến áp điện.--2-©22©222+CEt2EE22EE2E1272172127112711211 211.2 Cảm biến hình ảnh trên bo mạch .-- 2-22 22+2E£+£E£2EE22EEz+rxezrxcez 5 Hình 1.3 Cảm biến hình ảnh (Nguồn: Wikipedia).-2-©25zc2cxcccsscsrscee 6 Hình 1.4 Cảm biến áp điện và cảm biến hình ảnh dùng trong lĩnh vực y tế.

- ‹- tt késtsrerekekekerkrerrree 6 Hình 1.5 Máy phát hiện chuyên động sử dụng cảm biến hình ảnh (Nguồn: Vector SOCUTILY) .6 Cảm biến hình ảnh hỗ trợ phát hiện người và vật thê (Nguồn: Sony).7 Tấm vật liệu graphene.---2-¿©+++2++++EE+t£EEEtSEEEtEEkeerrkrerrrrrrrree 8 Hình I.8 Vật liệu graphene được bóc tách từ vật liệu graphite.9 Cấu trúc của vật liệu Phosphorene.10 Cấu trúc vật liệu Geemanene trên lớp phủ MoSa.11 Vật liệu ZnO có cấu trúc tổ ong tương tự như cấu trúc cua graphene.12 Cảm biến hình ảnh được chế tạo từ vật liệu MoSa (Nguồn: Applied Materials & Inf€TACGS),. Sàn TH TT HH HH TH HH HH Hit 12 Hình 1.13 Cấu trúc vật liệu GeSe.---2:22¿222++2CxEt2EEEeEEEeErxrrrkrrrrkrerres 13 Hình 1.14 Cấu tạo tỉnh thể của hợp chất AIN.- 2: 22¿+2s+2xz+£xesrxerrxrrrxee 14 Hình 1.15 Cấu trúc vật liệu I'T-NiSa.-2-©22-©22+2E22EEt2EE2EE2EESEEEtrErrrrrrrree 15 Hình 1.16 Cấu trúc vật liệu 1H-PbXa.17 Các loại biến dạng cơ hỌc.--- 22 22+2E22EEt2EEt2EE2EEtEEErrrrrrrrrrxee 18 Hình 2. Số lượng các bài báo khoa học sử dụng lý thuyết phiếm hàm mật độ - II T202) 8n. Sơ đồ các vòng lặp tự hợp cho các điện tử.

Hàm giả thế năng cho các điện tử được thay thế bằng một hàm giả thế (nguôn: Material SU4T€).- -- S111 TT HH TT HH 29 Hình 2. Vùng không gian đảO. ¿+ tt SE #EEEkEkkskekekrkrrrrrskrkrkrkek 30 Hình 2.5 Quy trình tối ưu hoá cấu trúc trong tính toán lý thuyết phiếm hàm mật độ E41 HT TT TT TT TT TT TT TT TT TT TT TH TT TT TT TT ng ràng 31 Hình 2. Logo phần mềm Quantum ESPRESSO.7 Cấu tạo vùng năng lượng của vật rắn .8 Cấu tạo vùng năng lượng trong vật liệu dẫn điện.9 Cấu tạo vùng năng lượng của vật liệu bán dẫn.10 Cầu tạo vùng năng lượng của vật liệu cách điện .11 Cấu trúc vùng năng lượng của (a) vật liệu bán dẫn gián tiếp và (b) vật liệu bán dẫn trực tiẾp.-----2¿+22+22Et2EE121127112711271127112111211211211 11121 36 Hình 3.1 Cấu trúc nguyên tử của vật liệu 1T-NiS:› và các điểm đối xứng bậc cao trong vùng không gian đổảO.--- ¿+ + + + tk EEEkkekekekrkrkrrkrkrkekrkrrrerrke 38 Hình 3.

Phố dao động phonon của cấu trúc vật liệu IT-NiSa. Đường cong biến dạng - ứng suất của cấu trúc 1T-NiSz kéo dọc theo phương x (£xx) và phương ÿ (£yy) .---- - tt rưêt 40 Hình 3. Ảnh hưởng của biến dạng đến cấu trúc vùng năng lượng của cấu trúc 1T-NiS¿: (a) biến dạng kéo dọc theo phương x (£„›); (b) biến đạng kéo dọc theo JjnUU1 A7. Độ rộng vùng trống năng lượng của cấu trúc 1T-NiS› thay đổi dưới biến Hình 3.6 Hệ số hấp thụ ánh sáng của cấu trúc 1T-NiSz dưới tác động của một vài biến dạng kéo (a) biến dạng dọc theo phương x (e»x), (b) biến dạng dọc theo phương y (eyy).

Vùng ánh sáng nhìn thấy được tô màu vàng có mức năng lượng từ 1.1 Cấu trúc nguyên tử của vật liệu IH-PbX: (X: S hoặc Se) và các điểm đối xứng bậc cao trong vùng không gian đảo. ¿+5 tt sverekskerrrrrrrrerrke 45 Hình 4.2 Phổ dao động phonon của cấu trúc IH-PbSz (a) và 1H-PbSe: (b). Đường cong biến dạng - ứng suất của cấu tric 1T-NiS2 (a) kéo doc theo phương x (exx), (b) phương y (eyy), (c) dọc theo hai phương x và y (&bia).4 Cấu trúc vùng năng lượng của 1H-PbS: ở một vài biến dạng kéo dọc theo phương x (€xx) va doc theo phương ÿ (Êyy).-- St S+Ssxsk+tseeErkekskerrrrereske 48 Hình 4.5 Cấu trúc vùng năng lượng của IH-PbSea ở một vài biến dạng kéo dọc theo phương x (exx) và dọc theo phương ÿ (€yy). --- «5+ + S+xseE+veeeersrerses 48 Hình 4.6 Cấu trúc vùng năng lượng ở một vài biên dạng kéo dọc theo hai phương x và ÿ (Epia): (a) LH-PbSz; (b) LH-PbS€2.

--- ¿5:5 St Sx + xsrrssrrererrrree 49 Hình 4.7 Độ rộng vùng trống năng lượng cua cau trac 1H-PbS2 va 1H-PbSe2 dưới tác động của một vài biến dạng kéo:(a) đọc theo phương x (€xx); (b) doc theo phương y (eyy) và (c) dọc theo hai phương x Và ÿ (bia). Hệ số hap thụ ánh sáng của các cấu trúc IH-PbXa dưới tác động của biến dạng kéo dọc theo hai phương x va y (ébia = 0. (a) hệ số hấp thụ ánh sáng của cấu trúc IH-PbSs; (b) hệ số hap thụ ánh sáng của cấu trúc IH-PbSe›. Vùng ánh sáng nhìn thấy được tô màu vàng với mức năng lượng phofon từ 1.

51 vii DANH MỤC BẢNG Bang 3.1 Hang sé mang a (A), chiéu day h (A), hang số đàn hồi C¡ (N/m), môđun đàn hồi E (N/m) và hệ số Poisson 0 của cấu trúc 1T-NiS:.1 Hang sé mang a (A), chiéu day h (A), hang số đàn hồi C¡ (N/m), môđun đàn hồi E (N/m) và hệ số Poisson v cua cấu trúc vật liệu IH-PbS›, IH-PbSea.46 viii MO DAU 1. Ly do chon dé tai Sau khi vật liệu graphene được tổng hợp thành công, một loạt các cấu trúc vật liệu hai chiều khác đã liên tiếp xuất hiện như silicene, dichalcogenides kim loại chuyền tiếp (TMDS), phosphorene, vật liệu cầu trúc lục giác h-BN. Các vật liệu hai chiều (2D) đang được ứng dụng ngày càng nhiều trong thực tế như các thiết bị cảm biến, thiết bị quang học, quang hợp nhân tạo, quang xúc tác,. đặc biệt ứng dụng trong các thiết bị cảm biến sử dụng trong hệ thống cơ điện tử.

Nguyên nhân khiến vật liệu hai chiều trở nên phổ biến là do chúng sở hữu một số tính chất tuyệt vời như điện tích bề mặt lớn, hệ số giãn nở nhiệt lớn, tính chất cơ học linh hoạt, tính chất điện tử độc đáo và tính chất quang học mạnh mẽ. Gần đây, nhiều cấu trúc vật liệu họ chalcogenides mới đã được khám phá và chúng có những tính chất đáng chú ý về cơ học, quang học và điện tử trong cùng một vật liệu. Điều này mở ra nhiều tiềm năng trong lĩnh vực khoa học vật liệu và ứng dụng công nghệ. Cảm biến áp điện là loại cảm biến sử dụng hiệu ứng áp điện đề chuyển đổi áp suất, lực thành tín hiệu điện.