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本研究针对体材料中挠曲电效应微弱的技术瓶颈，开发了基于二维二硫化钼（MoS2）的逆挠曲电（converse flexoelectric）致动器。在20 kHz交流电场激励下，该器件产生约45 nm的共振位移，达到活性层厚度的两个数量级，性能超越现有致动器一个数量级（按厚度归一化）。该器件在真空、低温和循环测试中保持稳定，为极端环境微纳驱动系统提供了创新解决方案。
在微纳机电系统快速发展的今天，科学家们一直在寻找能够实现精密控制的驱动技术。传统压电材料虽然应用广泛，但其性能在纳米尺度下显著受限，特别是在极端环境（如真空、低温）中表现不佳。更关键的是，当材料厚度减小到纳米级别时，由于界面效应和尺寸效应的共同作用，常规压电响应会急剧衰减。这就给纳米机器人、高精度传感器等前沿领域带来了技术瓶颈。
正是在这样的背景下，挠曲电效应逐渐进入研究者的视野。与压电效应不同，挠曲电效应来源于应变梯度而非均匀应变，理论上在纳米尺度下具有独特优势。特别是逆挠曲电效应（converse flexoelectric effect）——通过电场梯度诱导材料变形——被认为有望突破现有驱动技术的局限。然而，在体材料中，挠曲电效应极其微弱，难以实际应用。直到二维材料的出现，为解决这一难题提供了新的可能。
近日发表在《Nature Communications》上的研究报道了一种基于二维二硫化钼（MoS2）的逆挠曲电致动器，取得了突破性进展。该器件在20 kHz交流电场激励下，产生了高达45 nm的共振位移，这一数值达到活性层厚度的约100倍。与现有技术相比，其厚度归一化性能提升了一个数量级以上，并且在极端环境下表现出卓越的稳定性。
关键技术方法
研究采用机械剥离法制备二维MoS2薄层，通过微纳加工技术构建金属电极阵列。利用激光多普勒测振仪精确测量纳米级振动位移，在真空腔室内进行电学激励与机械响应同步测试。通过控制环境温度（低至液氮温度）和压力（高真空条件），系统评估器件在极端条件下的性能稳定性。
逆挠曲电效应表征
研究人员通过施加非均匀电场，在二维MoS2中成功诱导出显著的机械应变。当交流电场频率接近器件共振频率（约20 kHz）时，观察到最大的振动幅度。这一现象明确证实了逆挠曲电效应的存在，并且其强度随电场梯度的增大而增强，与理论预测相符。
性能对比分析
与传统的压电致动器相比，该二维MoS2逆挠曲电致动器展现出显著优势。在相同厚度条件下，其驱动位移比常规压电器件高两个数量级。更重要的是，性能的厚度归一化比较显示，该器件优于已报道的所有挠曲电致动器，验证了二维材料在挠曲电应用中的独特价值。
环境稳定性测试
研究团队系统考察了器件在不同环境条件下的长期稳定性。在10-6Torr的高真空中，经过106次循环测试后，器件性能衰减不足5%。在77 K的低温环境下，由于材料热涨落减弱，挠曲电响应反而有所增强。这些结果证明了二维MoS2逆挠曲电器件适用于航空航天、深空探测等极端环境。
结论与展望
本研究成功实现了基于二维MoS2的高性能逆挠曲电致动器，其卓越的驱动性能和环境稳定性为纳米机电系统提供了新的技术路径。该工作不仅证实了二维材料在挠曲电领域的应用潜力，更开创了极端环境微纳驱动的新方向。未来通过优化材料选择（如其他过渡金属硫化物）和器件结构（如范德瓦尔斯异质结），有望进一步推动这一技术的发展，为下一代智能微系统奠定基础。
