Een internationaal team van wetenschappers met deelname van de Universiteit van Göttingen, het Indiase Instituut voor Wetenschap, Bangalore, Staatsuniversiteit van Pennsylvania, en Wright State University heeft de mechanica van kleine kristallijne keramiek gemeten. Materialen zijn gemaakt van atomen, en als ze periodiek worden geregeld, ze worden kristallijne structuren genoemd. Als de grootte van deze kristallijne structuren 1 is, 000 keer kleiner dan een enkele menselijke haardiameter, dan worden ze nanostructuren genoemd, zoals nanostaafjes, nano-draden, nano-linten, nano-riemen enz. In sommige gevallen, speciale atomaire arrangementen stellen hen in staat om mechanische energie om te zetten in elektrische energie. Deze materialen worden piëzo-elektrische materialen genoemd. Ze zijn nuttig voor het oogsten van energie en voor een verscheidenheid aan elektromechanische gadgets om de kwaliteit van leven te verbeteren. Vandaar, het is belangrijk om grip te hebben op deze nanostructuren en hun mechanische reacties te meten. Tot nu, het was niet bekend dat het mechanische gedrag van piëzo-elektrische nanokristallen met atomaire defecten anders is dan zuiver. Deze recente studie is gerapporteerd in het tijdschrift Nano-letters .

In de natuur, kristallen zijn nooit 100 procent perfect, en ze hebben verschillende soorten structurele defecten. Een voorbeeld van zo'n defecttype is een stapelfout. Dit wordt beschouwd als een structureel defect. Bij een stapelfout een stapel periodieke rangschikkingen van atomen in kristallen wordt toegevoegd of ontbreekt. Dr. Kasra Momeni, Directeur van geavanceerde hiërarchische materialen door Design Laboratory en faculteitslid Werktuigbouwkunde aan de Louisiana Tech University, legt uit dat de aanwezigheid van structurele defecten, waaronder stapelfouten, de spanningsverdeling aanzienlijk kan veranderen. Dit komt door de complexe interactie tussen spanningsvelden van stapelfouten en die van vrije grenzen van de nanostaafjes, die het faalmechanisme van nanostaafjes met stapelfouten kan veranderen in vergelijking met de perfecte.

"Aangezien het oogsten van energie een van de belangrijkste vereisten is in de huidige tijd, mechanische krachten omzetten in een bruikbare vorm van energie, d.w.z. elektrisch vermogen, is een alternatief voor andere energietransductiemodi en een efficiënte aanpak. Er zijn verschillende kristallijne keramieken die mechanische energie omzetten in elektrische energie. We hebben een nieuw concept geïntroduceerd dat de mechanica van deze kleine kristallijne keramische structuren afhankelijk is van atoomdefecten. Bijvoorbeeld, ze kunnen instorten en hun mechanische eigenschappen zijn niet zoals verwacht. Als we deze feiten in overweging nemen, kunnen we apparaten voor het oogsten van energie ontwerpen uit zulke kleine constructies, " legt Dr. Moumita Ghosh uit, vooraanstaande wetenschapper van dit onderzoek van de Universiteit van Göttingen en voormalig doctoraalonderzoeker van het Indian Institute of Science, Bangalore.

De nieuwe bevinding onthult een niet-intuïtieve knowhow van defecten in termen van mechanica bij lage dimensies. Defect engineering in piëzo-elektrische nanomaterialen in de toekomst zal ons in staat stellen om verschillende hoogwaardige en kosteneffectieve op trillingen gebaseerde energiewinning te realiseren, evenals elektromechanische apparaten voor biomedisch onderzoek, diagnostiek, en elektronische toepassingen.