Nachricht

Jan 26, 2024

Forscher halten das Hinzufügen für selten

19. April 2019 Bericht von

Bericht vom 19. April 2019

von Bob Yirka, Phys.org

Ein Forscherteam aus China, den USA und Australien hat herausgefunden, dass die Zugabe des Seltenerdelements Samarium zu piezoelektrischen Kristallen deren Leistung dramatisch verbessern kann. In ihrem in der Fachzeitschrift Science veröffentlichten Artikel beschreibt die Gruppe ihre Arbeit und wie gut die veränderten Kristalle beim Testen funktionierten. Jiří Hlinka von der Fyzikální ústav Akademie Věd České Republiky hat in derselben Zeitschriftenausgabe einen Perspektivartikel über die Arbeit des Teams veröffentlicht.

Piezoelektrische Geräte waren in letzter Zeit häufig in den Nachrichten, da Wissenschaftler untersuchten, ob sie zur Erzeugung von Strom aus neuartigen Quellen verwendet werden könnten, beispielsweise in Schuhen beim Gehen oder an Kleidung beim Biegen. Sie sind komfortabel in der Anwendung, da sie mechanische Schwingungen in elektrische Signale umwandeln können. Weniger bekannt ist, dass sie auch in Sensoren, etwa in Ultraschallgeräten, zum Einsatz kommen. Damit ein piezoelektrisches Gerät funktioniert, muss es ein Material enthalten, das auf Vibrationen reagiert. Das beste Material für diese Aufgabe war bisher ein Perowskit-Oxidkristall namens PMN-PT. Wissenschaftler haben nach Möglichkeiten gesucht, die Leistung piezoelektrischer Geräte zu verbessern, indem sie nach anderen Materialien gesucht haben und nach Möglichkeiten gesucht haben, die Leistung von PMN-PT-Kristallen zu verbessern. Bei diesem neuen Versuch wählten die Forscher den letztgenannten Ansatz und behaupten, einen Weg gefunden zu haben, die Leistung zu verdoppeln.

Die Forscher fanden heraus, dass die Zugabe von Samarium zu der Mischung beim Züchten von PMN-PT (unter Verwendung eines modifizierten Bridgman-Ansatzes) zu einer Version des PMN-PT-Kristalls führte, die eine deutlich bessere elektrische Ladung erzeugen konnte. Genauer gesagt stellten sie fest, dass die Zugabe von nur einem Atom Samarium pro 1000 Ausgangskristalle ausreichte. Sie stellen fest, dass herkömmliche PMN-PT-Kristalle im Durchschnitt 1.200 bis 2.500 pC/N erzeugen. Tests der erweiterten Version ergaben, dass sie 3.400 bis 4.100 pC/N produzieren kann. Die Forscher fanden außerdem heraus, dass die Zugabe von Samarium zu den Kristallen diese heterogener machte und auch andere Eigenschaften des Kristalls insgesamt einheitlicher machte. Dadurch konnten die Kristalle auch größer werden, was zu Kosteneinsparungen führen konnte.

Die Forscher gehen davon aus, dass Sensoren mit verbesserten Kristallen eine bessere Auflösung und eine höhere Empfindlichkeit hätten. Sie wären auch effizienter.

Mehr Informationen: F. Li et al., „Riesige Piezoelektrizität von Sm-dotierten Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3-Einzelkristallen“, Science (2019). science.sciencemag.org/cgi/doi … 1126/science.aaw2781

„Verdoppelung der piezoelektrischen Leistung“, Science (2019). science.sciencemag.org/cgi/doi … 1126/science.aax0693

Zeitschrifteninformationen:Wissenschaft

© 2019 Science X Network