Ученые в исследовании расширили список пьезоэлектрических материалов
Возможность создавать пьезоэлектрические эффекты в материалах, в которых они обычно отсутствуют, доказали исследователи DTU Energy, 18 февраля сообщает Phys.org.
Пьезоэлектричество часто используется в датчиках, исполнительных механизмах и резонаторах. В небольших устройствах они известны как MEMS (микроэлектромеханические системы). Здесь необходимо использовать материалы, отличные от кварца. Эти материалы, однако, часто содержат свинец в форме титаната цирконата свинца (PZT).
«Уже разработано достаточно много микроэлектромеханических систем, но они часто содержат свинецсодержащие материалы, которые вредны для имплантации человеку. Проект Biowings направлен на разработку биосовместимых материалов со свойствами, аналогичными обычным материалам, содержащим свинец. Новая разработка станет фундаментальным шагом на пути к экологически чистым пьезоэлектрическим материалам с высокой производительностью для использования, например, в автомобильной технике и медицинских приложениях», — говорит профессор Нини Прайдс.
Существование пьезоэлектрических эффектов в материалах связано симметрией кристаллов. Типичные пьезоэлектрические материалы имеют так называемую нецентросимметричную кристаллическую решетку. Это означает, например, что при нажатии на материал электрическое напряжение естественным образом возникает в материале из-за движения положительных и отрицательных ионов относительно друг друга.
Это приводит к нарушению симметрии кристалла. На протяжении более века это было серьезным препятствием для поиска новых пьезоэлектрических материалов, поскольку пьезоэлектричество может быть создано только с нецентросимметричной кристаллической решеткой.
Одним из важных результатов нового исследования является то, что значительный пьезоэлектрический эффект может быть достигнут с использованием материалов, которые обычно этого не допускают, то есть центросимметричных материалов. Индукция пьезоэлектричества в центросимметричных оксидах может быть достигнута одновременным использованием переменного тока (AC) и постоянного тока (DC).
Поле приводит к перемещению положительных и отрицательных ионных дефектов в материале относительно друг друга, что приводит к электрическому диполю или поляризации. Это нарушает кристаллическую симметрию материала, тем самым достигая пьезоэлектричества в центросимметричных кристаллах.
По словам ученых, эта концепция также применима к другим материалами с аналогичными атомными дефектами. Таким образом, это может помочь проложить путь для использования в пьезоэлектрических устройствах материалов, не содержащих токсичных веществ.
