Ett internationellt team av forskare med deltagande från universitetet i Göttingen, Indian Institute of Science, Bangalore, Pennsylvania State University, och Wright State University har mätt mekaniken hos liten kristallin keramik. Material är gjorda av atomer, och om de arrangeras regelbundet, de kallas kristallina strukturer. Om storleken på dessa kristallina strukturer är 1, 000 gånger mindre än en enda människohårdiameter, då kallas de nanostrukturer som nanostavar, nanotrådar, nano-band, nano-bälten etc. I vissa fall, speciella atomarrangemang gör det möjligt för dem att omvandla mekanisk energi till elektrisk energi. Dessa material kallas piezoelektriska material. De är användbara för energiskörd såväl som en mängd olika elektromekaniska prylar för att förbättra livskvaliteten. Därav, det är viktigt att ha grepp om dessa nanostrukturer och mäta deras mekaniska respons. Tills nu, det var okänt att det mekaniska beteendet hos piezoelektriska nanokristaller som innehåller atomära defekter är annorlunda än rent. Denna färska studie rapporteras i tidskriften Nanobokstäver .

I naturen, kristaller är aldrig 100 procent perfekta, och de har olika typer av strukturella defekter. En sådan typ av defekt är ett staplingsfel. Detta anses vara en strukturell defekt. I ett staplingsfel, en stapel av periodiska arrangemang av atomer i kristaller läggs till eller saknas. Dr Kasra Momeni, Direktör för Advanced Hierarchical Materials vid Design Laboratory och fakultetsmedlem i Mechanical Engineering vid Louisiana Tech University, utvecklar att förekomsten av strukturella defekter inklusive staplingsfel avsevärt kan förändra spänningsfördelningen. Detta beror på den komplexa interaktionen mellan stressfält från staplingsfel och de från fria gränser för nanostavarna, som kan förändra felmekanismen för nanorods med staplingsfel jämfört med de perfekta.

"Eftersom energiskörd är ett av nyckelkraven i dagens tid, omvandla mekaniska krafter till en användbar form av energi, dvs elektrisk effekt, är ett alternativ till andra energitransduktionslägen samt ett effektivt tillvägagångssätt. Det finns flera kristallina keramer som omvandlar mekanisk energi till elektrisk energi. Vi introducerade ett nytt koncept att mekaniken i dessa små kristallina keramiska strukturer är beroende av atomära defekter. Till exempel, de kan kollapsa och deras mekaniska egenskaper är inte som förväntat. Att ta hänsyn till dessa fakta kommer att göra det möjligt för oss att designa anordningar för energiskörd av sådana små strukturer, " förklarar Dr. Moumita Ghosh, ledande forskare för denna forskning från universitetet i Göttingen och tidigare doktorandforskare vid Indian Institute of Science, Bangalore.

Den nya upptäckten avslöjar en icke-intuitiv kunskap om defekter när det gäller mekanik vid låg dimension. Defekt ingenjörskonst i piezoelektriska nanomaterial kommer i framtiden att göra det möjligt för oss att realisera olika högkvalitativa och kostnadseffektiva vibrationsbaserade energiskördar samt elektromekaniska anordningar för biomedicinsk forskning, diagnostik, och elektroniska ansökningar.