Fysikere bestemmer, hvordan et lovende blyfrit materiale virker

Fysikere fra Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU) og Max Planck Institute for Microstructure Physics i Halle har i samarbejde med forskere fra Kina og USA fastlagt, hvordan et lovende blyfrit materiale fungerer. Materialet, en bismuthferrit, har potentialet til at erstatte blyzirkonattitanat (PZT), et piezoelektrisk materiale, der bruges i en række forskellige applikationer, herunder ultralydsenheder, sensorer og aktuatorer.

PZT er et meget effektivt piezoelektrisk materiale, men det indeholder bly, som er giftigt og skadeligt for miljøet. Bismuth ferrit er et blyfrit alternativ, som er blevet undersøgt i nogen tid, men dets piezoelektriske egenskaber er ikke så godt forstået som PZT's.

Forskerne brugte en kombination af eksperimentelle teknikker og teoretiske beregninger til at bestemme, hvordan bismuthferrit virker. De fandt ud af, at materialets piezoelektriske egenskaber skyldes forskydningen af ​​vismut- og oxygenatomer i krystalstrukturen. Denne forskydning skaber et netto elektrisk dipolmoment, som er ansvarlig for materialets piezoelektriske egenskaber.

Forskernes resultater giver en ny forståelse af, hvordan bismuthferrit virker, hvilket kan føre til udviklingen af ​​nye blyfri piezoelektriske materialer med forbedrede egenskaber. Dette kan have en betydelig indvirkning på en lang række applikationer, fra ultralydsenheder til sensorer og aktuatorer.

Undersøgelsen, "Direct Observation of the Displacement Mechanism of Bismuth and Oxygen in Lead-Free Piezoelectric Bismuth Ferrite Ceramics", blev offentliggjort i tidsskriftet Physical Review Letters.