Self-Powered 2D Material-Based pH Sensor and Photodetector Driven by Monolayer MoSe2 Piezoelectric Nanogenerator

纳米发生器 压电 材料科学 单层 之字形的 光电子学 异质结 压电系数 光电探测器 纳米技术 复合材料 几何学 数学
作者
Peng Li,Zekun Zhang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (52): 58132-58139 被引量:86
标识
DOI:10.1021/acsami.0c18028
摘要

The large piezoelectricity of monolayer MoSe2, which is predicted to be stronger than that of all of the other group VIB transition-metal dichalcogenides (including MoS2), has only been theoretically investigated. Here, we report experimental evidence of in-plane piezoelectricity in MoSe2. Monolayer single-crystalline MoSe2 flake derived from chemical vapor deposition demonstrates a peak output voltage of 60 mV at 0.6% strain, which is ∼50% larger than that of MoS2. Piezoelectric signal along the armchair orientation of MoSe2 is ∼6 times larger than that along the zigzag orientation, indicative of strong anisotropic piezoelectricity. Piezoelectric nanogenerator based on a single MoSe2 flake illustrates remarkable electromechanical conversion ability, and thus is able to noninvasively monitor vital health signs, such as respiratory rate and heart rate. Despite the extremely small size, MoSe2 nanogenerator is able to drive pH sensor based on MoS2 and photodetector based on MoS2/WSe2 heterojunction due to the outstanding piezoelectricity of MoSe2 and the ultralow power consumption of two-dimensional (2D) material sensors. The self-powered, solely 2D-material-based sensor units demonstrate superb sensing performance. Therefore, the discovery of piezoelectricity in monolayer MoSe2 provides a route for achieving self-powered atomic-scale electromechanical systems that could stimulate further fundamental research and potential applications.
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