Создан новый материал для улучшения ультразвука

По словам международной команды исследователей из США, Китая и Австралии, разработка теоретической основы для ультравысокого пьезоэлектричества в ферроэлектрических материалах привела к появлению нового материала с удвоенной пьезо-реакцией.

Пьезоэлектричество — это материальное свойство, лежащее в основе медицинского ультразвука, гидролокатора, активного контроля вибрации и многих датчиков и приводов. Пьезоэлектрический материал имеет способность механически деформироваться при приложении электрического напряжения или генерировать электрический заряд при приложении механической силы.

Добавление небольших количеств тщательно отобранного редкоземельного материала, самария, к высокоэффективной пьезоэлектрической керамике, называемой свинцовым титанатом ниобата свинца (PMN-PT), резко увеличивает его пьезоэффективность, сообщают исследователи в Nature Materials. Эта стратегия по каждому проекту будет полезна при разработке материалов для других приложений, считает команда ученых.

«Это не типичный способ разработки новых материалов», — сказал соавтор команды, Лонг-Цин Чен. «Большинство существующих полезных материалов обнаруживаются экспериментальными пробными ошибками, но здесь мы разработали и синтезировали новую пьезоэлектрическую керамику, руководствуясь теорией и симуляциями».

Сначала группа проанализировала влияние добавления различных химических примесей в локальную структуру существующей ферроэлектрической керамики. Затем они смогли уменьшить пул эффективных легирующих примесей путем сравнения измеренных диэлектрических потерь с сигнатурами, полученными при имитации фазового поля. После скрининга легирующих добавок они затем сосредоточились на оптимизации процесса и состава для достижения сверхвысокого пьезоэлектричества.

«Эта работа основана на понимании происхождения сверхвысокой пьезоэлектричества в сегнетоэлектрических кристаллах, которые были разработаны 30 лет назад. Наше новое понимание показало, что гетероструктура локальной структуры играет важную роль в пьезоэлектричестве в ферроэлектриках, что также может быть распространено на другие функциональные возможности , — сказал соавтор автор Шуджун Чжан, профессор материаловедения Университете Вуллонгонг в Австралии.

  Японские исследователи разрабатывают ультратонкий, высокоэластичный дисплей для кожи

Локальная неоднородность структуры относится к структурным искажениям наноразмерного размера в материале-хозяине, созданным путем легирования небольшого количества химических веществ, в данном случае легирующего самария в керамике PMN-PT, как способ изменения термодинамического энергетического ландшафта материала, что в свою очередь увеличивает диэлектрические свойства —способность материала реагировать на электростатическое поле — и пьезоэлектрический эффект.

«Этот материал является хорошим выбором для использования в преобразователях, например, в медицинском ультразвуке», — сказал ведущий автор Фэй Ли, научный сотрудник Penn State.

Источник: ab-news.ru

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться для отправки комментария.