Een team van onderzoekers uit China, de VS en Australië hebben ontdekt dat het toevoegen van het zeldzame-aarde-element samarium aan piëzo-elektrische kristallen hun prestaties drastisch kan verbeteren. In hun artikel gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap , de groep beschrijft hun werk en hoe goed de veranderde kristallen presteerden tijdens het testen. Jiří Hlinka met Fyzikální ústav Akademie Věd České Republiky heeft in hetzelfde tijdschriftnummer een Perspective-artikel gepubliceerd over het werk van het team.

Piëzo-elektrische apparaten zijn de laatste tijd veel in het nieuws, omdat wetenschappers hebben onderzocht of ze kunnen worden gebruikt om elektriciteit te produceren uit nieuwe bronnen, zoals in schoenen zoals mensen lopen, of bevestigd aan kleding als ze buigen. Ze zijn handig in gebruik omdat ze mechanische trillingen kunnen omzetten in elektrische signalen. Minder bekend is dat ze ook worden gebruikt in sensoren zoals in ultrasone instrumenten. Om een ​​piëzo-elektrisch apparaat te laten werken, moet het een materiaal bevatten dat op trillingen reageert - tot nu toe, het beste materiaal voor de klus was een perovskietoxidekristal genaamd PMN-PT. Wetenschappers hebben gezocht naar manieren om de prestaties van piëzo-elektrische apparaten te verbeteren door te zoeken naar andere materialen en door te zoeken naar manieren om de prestaties van PMN-PT-kristallen te verbeteren. In deze nieuwe poging de onderzoekers kozen voor de laatste benadering en beweren een manier te hebben gevonden om de prestaties te verdubbelen.

De onderzoekers ontdekten dat het toevoegen van samarium aan de mix terwijl PMN-PT werd gekweekt (met behulp van een aangepaste Bridgman-aanpak) resulteerde in een versie van PMN-PT-kristal die dramatisch beter was in het genereren van een elektrische lading. Specifieker, ze ontdekten dat het toevoegen van slechts één atoom samarium voor elke 1000 ouderkristallen alles was wat nodig was. Ze merken op dat conventionele PMN-PT-kristallen gemiddeld 1, 200 tot 2, 500 pC/N. Het testen van de verbeterde versie toonde aan dat deze in staat is om 3, 400 tot 4, 100 pC/N. De onderzoekers ontdekten ook dat het toevoegen van samarium aan de kristallen ze heterogener maakte en er ook toe leidde dat andere eigenschappen van het kristal in het algemeen uniformer werden. En, hierdoor konden de kristallen ook groter worden, wat tot kostenbesparingen kon leiden.

De onderzoekers suggereren dat sensoren met verbeterde kristallen een betere resolutie en meer gevoeligheid zouden hebben. Ze zouden ook efficiënter zijn.

© 2019 Wetenschap X Netwerk