Ett team av forskare från Kina, USA och Australien har funnit att tillsats av sällsynta jordartsmetaller samarium till piezoelektriska kristaller kan dramatiskt förbättra deras prestanda. I deras papper publicerad i tidskriften Vetenskap , gruppen beskriver sitt arbete och hur väl de förändrade kristallerna presterade när de testades. Jiří Hlinka med Fyzikální ústav Akademie Věd České Republiky har publicerat ett perspektiv på arbetet som gjorts av teamet i samma tidskriftsnummer.

Piezoelektriska enheter har varit i nyheterna mycket på sistone eftersom forskare har undersökt om de skulle kunna användas för att producera el från nya källor, som i skor när människor går, eller fäst på kläder när de böjs. De är bekväma att använda eftersom de kan omvandla mekaniska svängningar till elektriska signaler. Mindre känt är att de även används i sensorer som i ultraljudsverktyg. För att en piezoelektrisk enhet ska fungera måste den ha ett material inuti sig som reagerar på vibrationer – hittills, det bästa materialet för jobbet har varit en perovskitoxidkristall som kallas PMN-PT. Forskare har letat efter sätt att förbättra prestandan hos piezoelektriska enheter genom att leta efter andra material och genom att leta efter sätt att förbättra prestandan hos PMN-PT-kristaller. I denna nya ansträngning, forskarna valde det senare tillvägagångssättet och hävdar att de har hittat ett sätt att fördubbla dess prestanda.

Forskarna fann att tillsats av samarium till blandningen när PMN-PT odlades (med en modifierad Bridgman-metod) resulterade i en version av PMN-PT-kristall som var dramatiskt bättre på att generera en elektrisk laddning. Mer specifikt, de fann att det var allt som behövdes att bara lägga till en samariumatom för varje 1000 moderkristaller. De noterar att konventionella PMN-PT-kristaller genererar i genomsnitt från 1, 200 till 2, 500 pC/N. Att testa den förbättrade versionen visade att den kunde producera 3, 400 till 4, 100 pC/N. Forskarna fann också att tillsats av samarium till kristallerna gjorde dem mer heterogena och resulterade också i att andra egenskaper hos kristallen blev mer enhetliga i allmänhet. Och, Detta gjorde det också möjligt för kristallerna att växa sig större, vilket kunde resultera i kostnadsbesparingar.

Forskarna föreslår att sensorer med förbättrade kristaller skulle ha bättre upplösning och mer känslighet. De skulle också vara effektivare.

© 2019 Science X Network