В некоторых случаях специальные атомные устройства позволяют им преобразовывать механическую энергию в электрическую. Эти материалы называются пьезоэлектрическими материалами. Они полезны для сбора энергии, а также в качестве различных электромеханических устройств для повышения качества жизни.
Следовательно, важно владеть этими наноструктурами и измерять их механические характеристики. До сих пор было неизвестно, что механическое поведение пьезоэлектрических нанокристаллов, содержащих атомные дефекты, отличается от чистого.
Об этом недавнем исследовании сообщается в журнале Nano Letters.В природе кристаллы никогда не бывают идеальными на 100% и имеют различного рода структурные дефекты. Одним из таких дефектов является дефект упаковки.
Это считается дефектом конструкции. При дефекте упаковки добавляется или отсутствует стопка периодических расположений атомов в кристаллах. Доктор Касра Момени, директор лаборатории передовых иерархических материалов при проектировании и преподаватель кафедры машиностроения в Технологическом университете Луизианы, уточняет, что наличие структурных дефектов, включая дефекты упаковки, может значительно изменить распределение напряжений.
Это связано со сложным взаимодействием между полями напряжений от дефектов упаковки и полями от свободных границ наностержней, что может изменить механизм разрушения наностержней с дефектами упаковки по сравнению с идеальными.«Поскольку сбор энергии является одним из ключевых требований в наше время, преобразование механических сил в полезную форму энергии, то есть электрическую мощность, является альтернативой другим режимам преобразования энергии, а также эффективным подходом. Существует несколько видов кристаллической керамики, которые преобразуют механическую энергию в электрическую. Мы ввели новую концепцию, согласно которой механика этих крошечных кристаллических керамических структур зависит от атомных дефектов.
Например, они могут разрушаться, и их механические свойства не соответствуют ожидаемым. Рассмотрение этих фактов позволит нам спроектировать энергию извлекают устройства из таких крошечных структур », — объясняет доктор Мумита Гош, ведущий научный сотрудник Геттингенского университета и бывший научный сотрудник Индийского института науки в Бангалоре.Новое открытие выявляет неинтуитивное ноу-хау дефектов с точки зрения механики на низком уровне.
Разработка дефектов в пьезоэлектрических наноматериалах в будущем позволит нам реализовать различные высококачественные и экономичные устройства для сбора энергии на основе вибрации, а также электромеханические устройства для биомедицинских исследований, диагностики и электронных приложений.