Forskere finder, at tilføjelse af sjældne jordarters element til piezoelektriske krystaller forbedrer ydeevnen dramatisk

Et team af forskere fra Kina, USA og Australien har fundet ud af, at tilføjelse af sjældne jordarters element samarium til piezoelektriske krystaller kan forbedre deres ydeevne dramatisk. I deres papir offentliggjort i tidsskriftet Videnskab , gruppen beskriver deres arbejde og hvor godt de ændrede krystaller klarede sig, da de blev testet. Jiří Hlinka med Fyzikální ústav Akademie Věd České Republiky har udgivet et Perspektiv-stykke om arbejdet udført af holdet i samme tidsskriftsudgave.

Piezoelektriske enheder har været i nyhederne på det seneste, da videnskabsmænd har undersøgt, om de kunne bruges til at producere elektricitet fra nye kilder, såsom i sko, når folk går, eller påsat tøj, når de bøjes. De er praktiske at bruge, fordi de kan konvertere mekaniske svingninger til elektriske signaler. Mindre kendt er, at de også bruges i sensorer som i ultralydsværktøjer. For at en piezoelektrisk enhed skal fungere, skal den have et materiale indeni, som reagerer på vibrationer - indtil nu, det bedste materiale til jobbet har været en perovskitoxidkrystal kaldet PMN-PT. Forskere har ledt efter måder at forbedre ydeevnen af ​​piezoelektriske enheder ved at lede efter andre materialer og ved at lede efter måder at forbedre ydeevnen af ​​PMN-PT-krystaller. I denne nye indsats, forskerne valgte sidstnævnte tilgang og hævder at have fundet en måde at fordoble dens ydeevne på.

Forskerne fandt ud af, at tilsætning af samarium til blandingen, mens PMN-PT blev dyrket (ved at bruge en modificeret Bridgman-tilgang), resulterede i en version af PMN-PT-krystal, der var dramatisk bedre til at generere en elektrisk ladning. Mere specifikt, de fandt ud af, at det kun var nødvendigt at tilføje et atom samarium for hver 1000 forældrekrystaller. De bemærker, at konventionelle PMN-PT-krystaller i gennemsnit genererer fra 1, 200 til 2, 500 pC/N. Test af den forbedrede version viste, at den var i stand til at producere 3, 400 til 4, 100 pC/N. Forskerne fandt også ud af, at tilsætning af samarium til krystallerne gjorde dem mere heterogene og resulterede også i, at andre egenskaber ved krystallen generelt blev mere ensartede. Og, Dette gjorde det også muligt for krystallerne at vokse sig større, hvilket kunne resultere i omkostningsbesparelser.

Forskerne foreslår, at sensorer med forbedrede krystaller ville have bedre opløsning og mere følsomhed. De ville også være mere effektive.

© 2019 Science X Network