Hong Kong Üniversitesi (HKU) Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Bölümü ile Makine Mühendisliği Bölümünden araştırmacılar, malzeme biliminde yüzyılı aşkın süredir kabul gören bir kuralı değiştiren yeni bir keşfe imza attı. Doçent Doktor Zhiqin Chu ve Profesör Yuan Lin liderliğindeki araştırma ekibi, ultra ince formda üretilen esnek elmas zarların ölçülebilir bir piezoelektrik tepki verdiğini yani mekanik olarak büküldüğünde elektrik üretebildiğini ortaya koydu.
1900'lerin başından bu yana elmas, mekanik olarak deforme olduğunda elektrik voltajı üretmesi beklenmeyen "piezoelektrik olmayan" bir malzeme olarak sınıflandırılıyordu. Sertliği, gücü, kimyasal stabilitesi, yüksek akustik hızı, termal iletkenliği ve dielektrik bozulma gücüne rağmen elmas, mikroelektromekanik sistemlerde (MEMS) genellikle diğer piezoelektrik malzemeler için yalnızca yapısal bir destek olarak görev yapıyordu.
Elmastan elektrik üretme fikri uzun yıllar boyunca pratik dışı olarak değerlendiriliyordu.
Araştırma ekibi, elmasın zorlu mekanik koşullar altında farklı bir davranış sergileyip sergilemeyeceğini test etmek amacıyla son dönemde geliştirilen bir kenar soyma (edge exfoliation) yöntemini kullandı. HKU uzmanları, kenar soyma tekniği ile ultra ince ve esnek bir polikristalin elmas zar üretmeyi başardı.
Malzemenin mikro seviyelere kadar inceltilmesi, normal şartlarda son derece sert olan yapının hacimli elmaslara kıyasla çok daha fazla esnemesine olanak tanıdı. Uzmanlar zarı bilinçli olarak bükerek test ettiğinde, stabil voltaj sinyalleri elde ettiklerini rapor etti.
Elektriksel çıktının gerçekliğini doğrulamak isteyen ekip, kontrollü koşullar altında kapsamlı mekanik döngü deneyleri gerçekleştirdi. Gerçekleştirilen testler, yüzeyler birbirine temas ettiğinde veya sürtündüğünde elektriksel sinyaller oluşturabilen triboelektrik etkileri ve çevresel müdahaleleri ortadan kaldıracak şekilde tasarlandı.
Tekrarlanan deneylerde voltajın sürekli olarak ortaya çıkması, elmas zarın kendi başına piezoelektrik tepki ürettiğine dair güçlü kanıtlar sundu.
Bu etkinin neden meydana geldiğini anlamak üzere birinci prensip (first-principles) hesaplamaları yapıldı. Araştırmacıların elde ettiği analiz sonuçları, polikristalin elmas zarın içindeki tane sınırlarında (grain boundaries) asimetri olduğuna işaret ediyor.
Zarı oluşturan çok sayıda küçük elmas kristalini birbirinden ayıran sınırların etrafında, bükülme arttıkça elektrik yükü polarizasyonu birikiyor. Yük polarizasyonu da zarın alt ve üst yüzeyleri arasında elektriksel bir potansiyel farkı yaratarak gözlemlenen voltajı ortaya çıkarıyor.
Derinlemesine Analiz, Teyitli Haber! Tıkla ve favori kaynağın yap.
Google Play
App Store
Haberi Paylaş
09:50
İLGİLİ HABERLER
YORUM YAZ