Japonų išradėjai sukūrė patobulintą pjezoelektriką - skaidrius kristalus, kurie bus naudingi kuriant naujos kartos technologijas.
Kai kurios kristalinės medžiagos gali pakeisti savo formą, kai jas ištinka elektros smūgis. Mokslininkai šiuos vadinamuosius pjezoelektrikus ultragarso medicinoje naudoja dešimtmečius: jų pagrindu pagamintos medžiagos yra tokios jautrios, kad gali aptikti garso bangų, einančių per audinius, judėjimą. Tyrėjai neseniai sugalvojo naują būdą, kaip sukurti galingą skaidrią pjezoelektriką, kuri galėtų ne tik pagerinti medicininių nuotraukų kokybę, bet ir sukurti nematomus robotus ir jutiklinius ekranus, kurie suaktyvėja palietus be trečiųjų šalių akumuliatorių.
- „Salik.biz“
Pjezoelektriką sudaro daug mažų kristalitų arba pavienių kristalų iš įvairių medžiagų, įskaitant keramiką ir polimerus. Abiem atvejais atomų mišinys virsta paprastu kristaliniu vienetu - paprastai kelių atomų dydžiu -, kuris kartojasi vėl ir vėl. Kiekvieno iš šių konstrukcinių elementų atomai yra vadinamame elektriniu dipoliu, kurio vienoje pusėje yra daug teigiamų krūvių, o kitoje - daug neigiamų.
Darant slėgį šioms medžiagoms, galima subtiliai pakeisti atomų padėtį, kurio pakanka krūviams pertvarkyti ir sukurti elektros įtampą. Elektros įtampos veikimas sukelia priešingą efektą, todėl medžiaga plečiasi viena kryptimi, o kita - traukiasi.
Ši savybė daro pjezoelektriką ypač naudingą įvairiems tikslams. Bioinžinierius Šri Rajasekhar Kotapalli pažymi, kad pjezoelektriniai prietaisai yra visko dalis - nuo žiebtuvėlių ir kepsninės kepimo mygtukų iki šiuolaikinių mikroskopų tiksliųjų sistemų.
Jie taip pat reikalingi fotoakustiniam vaizdavimui, kai pjezoelektrinis įtaisas, vadinamas keitikliu, naudojamas aptikti minkštųjų audinių skleidžiamas ultragarsines bangas, kai absorbuojama lazerio šviesa. Skirtingos molekulės - nuo hemoglobino iki melanino - sugeria skirtingą dažnį, todėl gydytojai gali vizualizuoti įvairius audinius, norėdami ieškoti sveikatos problemų. Tačiau nepermatomi keitikliai meta mažą šešėlį, o tai reiškia, kad audinio, esančio tiesiai po jais, negalima rodyti. Norėdami išspręsti šią problemą, tyrėjai sukūrė keitiklius, naudojančius skaidrią pjezoelektriką, tačiau iki šiol šios medžiagos buvo per silpnos ir nepatikimos, kad galutinai išspręstų problemą.
Prieš keletą metų Japonijos tyrėjai sugalvojo išradingą būdą sukurti skaidrią pjezoelektriką. Jų pasirinkta medžiaga, švino niobato ir švino titanatų junginys (PMN-PT), buvo feroelektrikas, natūraliai maitinantis elektrinius dipolius. Tyrėjai šias medžiagas jau pavertė pjezoelektrikomis, veikdami nuolatinę nuolatinę elektros srovę. Tačiau Japonijos komanda nustatė, kad veikiant kintamajai srovei - tiekiamai namams ir verslui - sukuriamas galingas pjezoelektros krūvis. „Tai tarsi krištolo kratymas pirmyn ir atgal“, - aiškina Long-Qing Chen, Pensilvanijos valstijos skaičiavimo mokslininkas. Toks sukrėtimas gali padvigubinti pjezoelektrines kristalo savybes, kaip Japonijos komanda paskelbė dar 2011 m.
PMN-PT paprastai yra nepermatomas, nes atskiros dipolių grupės išsklaido į visas puses. Kintama srove, komanda išlygino dipolius, o po to 50 kartų galingesnė nei įprasta skaidrios pjezoelektrinės medžiaga kaitino ir poliravo medžiagą iki skaidrių ir pjezoelektrinių savybių. Darbo rezultatas pateiktas žurnale „Nature“.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Patobulinti pjezoelektrikai gali būti naudojami kuriant jautresnius fotoakustinius vaizdavimo prietaisus, kurie gali padėti gydytojams viskuo: nuo krūties vėžio ir melanomos nustatymo iki kraujo tėkmės stebėjimo, siekiant gydyti kraujagyslių ligas. Tyrėjai teigia, kad ši pažanga taip pat gali įkvėpti inžinierius sukurti skaidrias nematomos robotikos pavaras ir ekranus, kurie įjungiami liečiant.
Vasilijus Makarovas