Η ιδέα της παραγωγής ρεύματος από διαμάντια θεωρούνταν μέχρι σήμερα ανέφικτη.
Μια επιστημονική υπόθεση που ίσχυε για περισσότερο από έναν αιώνα καταρρίπτεται, καθώς ερευνητές του Πανεπιστημίου του Χονγκ Κονγκ (HKU) ανακάλυψαν ότι τα διαμάντια μπορούν να παράγουν μετρήσιμη ηλεκτρική τάση.
Η σχετική μελέτη, η οποία δημοσιεύτηκε στο sciencedaily.com, αποδεικνύει ότι οι εξαιρετικά λεπτές και εύκαμπτες μεμβράνες διαμαντιού εμφανίζουν πιεζοηλεκτρική απόκριση όταν παραμορφώνονται μηχανικά.
Το σπάσιμο ενός κανόνα από τις αρχές του 20ού αιώνα
Από τις αρχές του 1900, το διαμάντι ταξινομόταν ως μη πιεζοηλεκτρικό υλικό, γεγονός που περιόριζε τη χρήση του στη μηχανική.
Παρά τις κορυφαίες ιδιότητές του —όπως η εξαιρετική σκληρότητα, η θερμική αγωγιμότητα, η χημική σταθερότητα, η διηλεκτρική αντοχή και η ακουστική ταχύτητα— χρησιμοποιούνταν αποκλειστικά ως παθητικό δομικό υπόβαθρο για άλλα πιεζοηλεκτρικά υλικά σε μικροηλεκτρομηχανικά συστήματα (MEMS).
Η ιδέα της παραγωγής ρεύματος από διαμάντια θεωρούνταν μέχρι σήμερα ανέφικτη.
Η μέθοδος που έκαμψε το πιο σκληρό υλικό
Για να εξετάσουν τη συμπεριφορά του υλικού υπό ακραίες μηχανικές συνθήκες, οι καθηγητές Zhiqin Chu (Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών) και Yuan Lin (Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών) χρησιμοποίησαν μια νέα μέθοδο απολέπισης άκρων, δημιουργώντας μια εξαιρετικά λεπτή πολυκρυσταλλική μεμβράνη διαμαντιού.
- Η μείωση του πάχους επέτρεψε στο άκαμπτο υλικό να λυγίζει σε μεγάλο βαθμό.
- Κατά την ελεγχόμενη κάμψη της μεμβράνης, οι ερευνητές κατέγραψαν σταθερά ηλεκτρικά σήματα.
- Εκτεταμένα πειράματα μηχανικού κύκλου απέκλεισαν την πιθανότητα περιβαλλοντικών παρεμβολών ή τριβοηλεκτρικών φαινομένων (ηλεκτρισμός από τριβή επιφανειών), επιβεβαιώνοντας ότι η πιεζοηλεκτρική απόκριση προερχόταν από την ίδια τη μεμβράνη.
Ο μηχανισμός πίσω από το φαινόμενο
Μέσω υπολογισμών πρώτων αρχών, οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι το φαινόμενο οφείλεται στην ασυμμετρία που εμφανίζεται στα όρια των κόκκων της πολυκρυσταλλικής μεμβράνης —δηλαδή στα σημεία που διαχωρίζουν τους μικροσκοπικούς κρυστάλλους του υλικού.
Καθώς η μεμβράνη λυγίζει, η πόλωση του ηλεκτρικού φορτίου συσσωρεύεται γύρω από αυτά τα όρια, δημιουργώντας διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού μεταξύ της άνω και της κάτω επιφάνειας.
Εφαρμογές στην ιατρική και τη μικροηλεκτρονική
Η ανακάλυψη αυτή προσδίδει στο διαμάντι ενεργή ηλεκτρική λειτουργικότητα.
Καθώς το υλικό είναι βιοσυμβατό, μη τοξικό και χημικά σταθερό, ανοίγονται προοπτικές για:
- Εμφυτεύσιμες ιατρικές συσκευές: Χρήση των μεμβρανών ως αυτοτροφοδοτούμενων πηγών ενέργειας μέσα στο ανθρώπινο σώμα.
- Προηγμένους αισθητήρες: Δημιουργία αισθητήρων που ανιχνεύουν την κάμψη και τη μηχανική παραμόρφωση.
-Μικροσυστήματα επόμενης γενιάς: Ανάπτυξη αυτοδύναμων τεχνολογιών ανίχνευσης και μικροσυσκευών υψηλής αντοχής.
www.bankingnews.gr
Η σχετική μελέτη, η οποία δημοσιεύτηκε στο sciencedaily.com, αποδεικνύει ότι οι εξαιρετικά λεπτές και εύκαμπτες μεμβράνες διαμαντιού εμφανίζουν πιεζοηλεκτρική απόκριση όταν παραμορφώνονται μηχανικά.
Το σπάσιμο ενός κανόνα από τις αρχές του 20ού αιώνα
Από τις αρχές του 1900, το διαμάντι ταξινομόταν ως μη πιεζοηλεκτρικό υλικό, γεγονός που περιόριζε τη χρήση του στη μηχανική.
Παρά τις κορυφαίες ιδιότητές του —όπως η εξαιρετική σκληρότητα, η θερμική αγωγιμότητα, η χημική σταθερότητα, η διηλεκτρική αντοχή και η ακουστική ταχύτητα— χρησιμοποιούνταν αποκλειστικά ως παθητικό δομικό υπόβαθρο για άλλα πιεζοηλεκτρικά υλικά σε μικροηλεκτρομηχανικά συστήματα (MEMS).
Η ιδέα της παραγωγής ρεύματος από διαμάντια θεωρούνταν μέχρι σήμερα ανέφικτη.
Η μέθοδος που έκαμψε το πιο σκληρό υλικό
Για να εξετάσουν τη συμπεριφορά του υλικού υπό ακραίες μηχανικές συνθήκες, οι καθηγητές Zhiqin Chu (Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών) και Yuan Lin (Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών) χρησιμοποίησαν μια νέα μέθοδο απολέπισης άκρων, δημιουργώντας μια εξαιρετικά λεπτή πολυκρυσταλλική μεμβράνη διαμαντιού.
- Η μείωση του πάχους επέτρεψε στο άκαμπτο υλικό να λυγίζει σε μεγάλο βαθμό.
- Κατά την ελεγχόμενη κάμψη της μεμβράνης, οι ερευνητές κατέγραψαν σταθερά ηλεκτρικά σήματα.
- Εκτεταμένα πειράματα μηχανικού κύκλου απέκλεισαν την πιθανότητα περιβαλλοντικών παρεμβολών ή τριβοηλεκτρικών φαινομένων (ηλεκτρισμός από τριβή επιφανειών), επιβεβαιώνοντας ότι η πιεζοηλεκτρική απόκριση προερχόταν από την ίδια τη μεμβράνη.
Ο μηχανισμός πίσω από το φαινόμενο
Μέσω υπολογισμών πρώτων αρχών, οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι το φαινόμενο οφείλεται στην ασυμμετρία που εμφανίζεται στα όρια των κόκκων της πολυκρυσταλλικής μεμβράνης —δηλαδή στα σημεία που διαχωρίζουν τους μικροσκοπικούς κρυστάλλους του υλικού.
Καθώς η μεμβράνη λυγίζει, η πόλωση του ηλεκτρικού φορτίου συσσωρεύεται γύρω από αυτά τα όρια, δημιουργώντας διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού μεταξύ της άνω και της κάτω επιφάνειας.
Εφαρμογές στην ιατρική και τη μικροηλεκτρονική
Η ανακάλυψη αυτή προσδίδει στο διαμάντι ενεργή ηλεκτρική λειτουργικότητα.
Καθώς το υλικό είναι βιοσυμβατό, μη τοξικό και χημικά σταθερό, ανοίγονται προοπτικές για:
- Εμφυτεύσιμες ιατρικές συσκευές: Χρήση των μεμβρανών ως αυτοτροφοδοτούμενων πηγών ενέργειας μέσα στο ανθρώπινο σώμα.
- Προηγμένους αισθητήρες: Δημιουργία αισθητήρων που ανιχνεύουν την κάμψη και τη μηχανική παραμόρφωση.
-Μικροσυστήματα επόμενης γενιάς: Ανάπτυξη αυτοδύναμων τεχνολογιών ανίχνευσης και μικροσυσκευών υψηλής αντοχής.
www.bankingnews.gr
Σχόλια αναγνωστών