Forskare söker blyfria material för användning i sensorer, ställdon och ultraljudsmotorer har nyligen fokuserat sina ansträngningar på en typ av keramik som vanligtvis kallas BCZT. Ny forskning av fysiker vid University of Arkansas kastar ljus över hur detta material fungerar, ger insikter som kan leda till att även andra blyfria material utvecklas.

Jakten på ett blyfritt alternativ som genererar en stark piezoelektrisk respons – omvandlingen av mekanisk energi till elektrisk energi, och vice versa – vid rumstemperatur är, till viss del, på grund av restriktioner för farliga ämnen i elektrisk och elektronisk utrustning. BCZT, en förkortning av den kemiska föreningen bariumkalciumzirkonattitanat, har visat löfte, men hittills har forskare inte helt förstått varför.

"I BCZT, ett blyfritt material, det piezoelektriska svaret har uppmätts till att vara mycket stort medan det mikroskopiska ursprunget för effekten förblev en diskussionsfråga, " sa U från A forskarassistent Yousra Nahas. "Det blev viktigt att avslöja ursprunget till effekten för att bättre anpassa egenskaperna hos detta material till de tekniska utmaningarna."

I en artikel publicerad 20 juni i tidskriften Naturkommunikation , U of A forskare Nahas, Alireza Akbarzadeh, Sergei Prosandeev och Raymond Walter, tillsammans med framstående professor i fysik Laurent Bellaiche, skapade en modell på atomnivå av BCZT-materialet för att låsa upp dess piezoelektriska hemligheter. De fastställde att dess piezoelektriska svar härrör från en struktur som möjliggör lättare fluktuationer i polarisation över ett smalt temperaturfönster runt rumstemperatur.

Förutom att ge en djupare förståelse för hur BCZT fungerar, fynden kan peka på vägen till att skapa andra blyfria piezoelektriska ämnen genom att blanda material med önskvärda egenskaper.