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Jan 19, 2024

Boffins behaupten, die erste piezoelektrische Flüssigkeit entdeckt zu haben • The Register

Ein Forschungsteam der Michigan State University (MSU) hat eine Flüssigkeit entdeckt

Ein Forschungsteam der Michigan State University (MSU) hat eine Flüssigkeit entdeckt, die sich ihrer Meinung nach „einer einfachen theoretischen Erklärung entzieht“, weil sie piezoelektrische Eigenschaften aufweist.

Während vieles über die angeblich piezoelektrische Flüssigkeit ein Rätsel bleibt – selbst für die Genies, die sie entdeckt haben – könnten solche Materialien verwendet werden, um elektrisch gesteuerte Optiken oder sogar „ein neues Feld der Piezohydraulik“ zu schaffen, so MSU-Professor Gary Blanchard, einer von ihnen die beiden Autoren zur Studie [PDF].

Piezoelektrizität ist nichts Neues. Das Phänomen, dass bestimmte Materialien unter Druck Elektrizität abgeben, ist uns seit etwa 1880 bekannt. Piezoelektrische Materialien unterliegen auch einem umgekehrten piezoelektrischen Effekt, der dazu führt, dass sich ihre Abmessungen ändern, wenn Elektrizität angelegt wird.

Quarzkristalle und andere häufig verwendete piezoelektrische Materialien wie Bleizirkonattitanat (PZT) und Bariumtitanat sind in vielen Verbraucherprodukten zu finden. Quarzarmbanduhren, Verstärker, elektrische Transformatoren und sogar Feuerzeuge nutzen die Materialien.

Aber alle verwenden feste piezoelektrische Substanzen, weil – zumindest bis zur Entdeckung von Blanchards Team – keine piezoelektrische Flüssigkeit beobachtet wurde.

Blanchard und sein Team entdeckten ihre piezoelektrische Flüssigkeit, als sie mit einem Paar ionischer Flüssigkeitssalze arbeiteten, die bei Raumtemperatur ihren flüssigen Zustand behalten. Blanchard beschrieb die Materialien als viskos „wie Motoröl oder Ahornsirup“ – die besten davon können (nach Meinung dieses MSU-Absolventen und Michigander-Reporters) im Mitten State gefunden werden.

Als die Materialien in einen Zylinder gegeben und mit einem Kolben komprimiert wurden, erzeugten beide Elektrizität proportional zur ausgeübten Kraft – was Blanchard sagte: „Uns war zutiefst schockiert.“ (Man nimmt das metaphorisch an.) Das Team fand auch einen Effekt in der Flüssigkeit, den sie den „induzierten freien Ladungsdichtegradienten“ nennen, der ihrer Meinung nach den inversen piezoelektrischen Effekt erfüllt, der für piezoelektrische Materialien erforderlich ist.

Vor dieser Entdeckung glaubte man, dass piezoelektrische Materialien nur kristallin seien und keine Inversionssymmetrie hätten. Solche Kristalle seien hochgeordnet, und als Konsequenz hätten sich Forscher nicht die Mühe gemacht, in Flüssigkeiten nach solchen Materialien zu suchen, sagte Blanchard.

Aus diesem Grund versuchen Blanchard und Co-Autor Iqbal Hossain immer noch herauszufinden, wie genau Piezoelektrizität in Flüssigkeiten auftreten kann. Sie versuchen auch herauszufinden, ob andere Materialien möglicherweise leitfähiger sind, da ihre Tests zu einem piezoelektrischen Effekt führten, der „um eine Größenordnung kleiner als der von Quarz“ ist.

Um das Potenzial für praktische Anwendungen einschließlich der Optik zu testen, gaben Blanchard und Hossain ihre Flüssigkeiten in einen linsenförmigen Behälter. Indem man es mit Strom versorgte, konnte man laut Blanchard die Brennweite des Objektivs ändern.

Über diese Möglichkeiten hinaus sagten die beiden in ihrer Arbeit, dass die Entdeckung wahrscheinlich „eine gewisse Modifikation [der aktuellen piezoelektrischen Festkörpertheorie] erfordern wird, um [diese] experimentellen Beobachtungen zu erklären.“

Flüssigkeiten wie die von Blanchard und Hossain getesteten sind außerdem leichter recycelbar und umweltfreundlicher als piezoelektrische Festkörpermaterialien, von denen viele Blei enthalten. Aber lassen wir uns nicht überstürzen: Wie Blanchard es ausdrückt: „Wir befinden uns auf Neuland.“ ®

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