Honkonq Universitetinin (HKU) tədqiqatçıları ultra nazik, yüksək elastik almaz membranlarının ölçülə bilən pyezoelektrik reaksiya yarada biləcəyini aşkar ediblər və bu da bir əsrdən çoxdur davam edən elmi fərziyyəni şübhə altına alıb.

İşə Honkonq Universitetinin (HKU) Elektrik və Kompüter Mühəndisliyi kafedrasının dosenti professor Zhiqin Çu və Mühəndislik Fakültəsinin Mexanika Mühəndisliyi kafedrasının professoru professor Yuan Lin rəhbərlik etmişdir.

Almaz Əsrlik Qaydanı Pozur

1900-cü illərin əvvəllərindən bəri almaz ümumiyyətlə pyezoelektrik olmayan bir material kimi təsnif edilmişdir, yəni mexaniki deformasiya zamanı elektrik gərginliyi yaratması gözlənilmirdi.

Bu məhdudiyyət almazın mühəndislikdə necə istifadə olunduğuna təsir göstərib. Müstəsna sərtliyinə, möhkəmliyinə, kimyəvi stabilliyinə, yüksək akustik sürətinə, istilik keçiriciliyinə, dielektrik parçalanma gücünə və ultrageniş zolaq boşluğuna baxmayaraq, almaz adətən yalnız mikroelektromexaniki sistemlərdə (MEMS) digər pyezoelektrik materiallar üçün struktur dayaq rolunu oynayıb.

Bu səbəbdən, “almazlardan elektrik enerjisi istehsal etmək” ideyası uzun müddətdir ki, praktik deyildi.

Almazı əyilmək üçün kifayət qədər nazik etmək

HKU komandası, həddindən artıq mexaniki şəraitdə almazın fərqli davranıb-davranmadığını yoxlamaq üçün ultra nazik, elastik polikristal almaz membran istehsal etmək üçün bu yaxınlarda hazırlanmış kənar aşındırma metodundan istifadə etdi.

Materialın bu qədər nazik formaya salınması normal olaraq sərt olan almazın toplu almazdan daha çox əyilməsinə imkan verdi. Tədqiqatçılar membranı qəsdən əydikdə sabit gərginlik siqnalları müşahidə etdilər.

Daha sonra komanda elektrik çıxışının orijinal olduğundan əmin olmaq üçün diqqətlə nəzarət edilən şəraitdə geniş mexaniki dövr təcrübələri apardı. Bu sınaqlar ətraf mühitin müdaxiləsini və səthlər bir-biri ilə təmasda olduqda və ya sürtündükdə elektrik siqnalları yarada bilən triboelektrik effektləri istisna etmək üçün hazırlanmışdır.

Gərginlik ardıcıl və dəfələrlə ortaya çıxdı və bu da almaz membranının özünün pyezoelektrik reaksiya yaratdığına dair güclü dəlil təmin etdi.

Taxıl Sərhədləri Elektrik Effektini Yaradır

Təsirinin niyə baş verdiyini anlamaq üçün tədqiqatçılar ətraflı ilkin prinsiplər üzrə hesablamalar apardılar.

Onların təhlili polikristal almaz membranının içərisindəki dənə sərhədlərində asimmetriyaya işarə edir. Bu sərhədlər materialı təşkil edən çoxsaylı kiçik almaz kristallarını ayırır.

Membran daha güclü əyildikcə, elektrik yükünün polyarizasiyası həmin dənəcik sərhədləri ətrafında yaranır. Bu, membranın yuxarı və aşağı səthləri arasında elektrik potensialında fərq yaradır və müşahidə olunan gərginliyi yaradır.

Tibbi Cihazlar və Kiçik Enerji Sistemləri üçün Potensial

Bu kəşf, davamlılıq və təhlükəsizliyin xüsusilə vacib olduğu sahələrdə almaz üçün yeni imkanlar aça bilər.

Almaz yüksək dərəcədə biouyğunluğa, kimyəvi cəhətdən sabitliyə və toksikliyə malik deyil, bu da onu həm tibbi, həm də enerji ilə əlaqəli texnologiyalar üçün cəlbedici edir. Gələcəkdə pyezoelektrik almaz membranları potensial olaraq implantasiya edilə bilən tibbi cihazlarda öz-özünə istehsal olunan enerji mənbələri və ya əyilmə və deformasiyanı aşkar edən sensorlar kimi istifadə edilə bilər.

Daha geniş şəkildə desək, tapıntılar almazı yalnız passiv struktur materialı kimi istifadə etmək əvəzinə, ona aktiv elektrik funksionallığı vermək üçün yeni bir yol təqdim edir.

Bu iş həmçinin yeni nəsil yüksək etibarlılıqlı mikroenerji sistemlərinin və özünüidarəetmə ilə işləyən sensor texnologiyalarının inkişafını dəstəkləyə bilər.