Nu het belang van contactloze omgevingen toeneemt als gevolg van COVID-19, tactiele elektronische apparaten die gebruik maken van haptische technologie winnen aan populariteit als nieuwe communicatiemiddelen.

Haptische technologie wordt toegepast in een breed scala van gebieden, zoals robotica of interactieve displays. Haptische handschoenen worden gebruikt voor verbeterde informatiecommunicatietechnologie. Efficiënte piëzo-elektrische materialen die verschillende mechanische stimuli kunnen omzetten in elektrische signalen en vice versa, zijn een voorwaarde voor het bevorderen van hoogwaardige haptische technologie.

Een onderzoeksteam onder leiding van professor Seungbum Hong bevestigde het potentieel van tactiele apparaten door keramische piëzo-elektrische materialen te ontwikkelen die drie keer beter vervormbaar zijn. Voor de fabricage van zeer vervormbare nanomaterialen, het onderzoeksteam bouwde een holle nanostructuur van zinkoxide met behulp van nanopatronen in het nabijheidsveld en atomaire gelaagde depositie. De piëzo-elektrische coëfficiënt werd gemeten als ongeveer 9,2 pm/V en de nanopijler-compressietest toonde een elastische rekgrens van ongeveer 10%, die meer dan drie keer groter is dan die van het bulkzinkoxide.

Piëzo-elektrische keramiek heeft een hoge piëzo-elektrische coëfficiënt met een lage elastische rekgrens, terwijl het tegenovergestelde geldt voor piëzo-elektrische polymeren. Daarom, het was een hele uitdaging om goede prestaties te verkrijgen in zowel hoge piëzo-elektrische coëfficiënten als hoge elastische reklimieten. Om de elastische limiet van piëzo-elektrisch keramiek te doorbreken, het onderzoeksteam introduceerde een 3D truss-achtige holle nanostructuur met dunne wanden op nanometerschaal.

Volgens het Griffith-criterium de breuksterkte van een materiaal is omgekeerd evenredig met de vierkantswortel van de reeds bestaande foutgrootte. Echter, een grote fout komt minder snel voor in een kleine structuur, die, beurtelings, versterkt de sterkte van het materiaal. Daarom, het implementeren van de vorm van een 3D truss-achtige holle nanostructuur met dunne wanden op nanometerschaal kan de elastische limiet van het materiaal verlengen. Verder, een monolithische 3D-structuur is bestand tegen grote spanningen in alle richtingen en voorkomt tegelijkertijd het verlies van de bottleneck. Eerder, de breukeigenschap van piëzo-elektrische keramische materialen was moeilijk te controleren, vanwege de grote variatie in scheurgroottes. Echter, het onderzoeksteam beperkte de scheurgrootte structureel om de breukeigenschappen te beheersen.

De resultaten van professor Hong tonen het potentieel aan voor de ontwikkeling van zeer vervormbare keramische piëzo-elektrische materialen door de elastische limiet te verbeteren met behulp van een 3D holle nanostructuur. Aangezien zinkoxide een relatief lage piëzo-elektrische coëfficiënt heeft in vergelijking met andere piëzo-elektrische keramische materialen, het toepassen van de voorgestelde structuur op dergelijke componenten beloofde betere resultaten in termen van de piëzo-elektrische activiteit.

"Met de komst van het contactloze tijdperk, het belang van emotionele communicatie neemt toe. Door de ontwikkeling van nieuwe tactiele interactietechnologieën, naast de huidige visuele en auditieve communicatie, de mensheid zal een nieuw tijdperk ingaan waarin ze met iedereen kunnen communiceren die alle vijf zintuigen gebruikt, ongeacht de locatie, alsof ze persoonlijk bij hen zijn, ' zei professor Hong.

"Hoewel er aanvullend onderzoek moet worden gedaan om de toepassing van de voorgestelde ontwerpen voor haptische verbeteringsapparaten te realiseren, deze studie is van grote waarde omdat het een van de meest uitdagende problemen bij het gebruik van piëzo-elektrisch keramiek oplost, specifiek het openen van nieuwe mogelijkheden voor hun toepassing door hun mechanische beperkingen te overwinnen.