SAMSUNG_0920_W SAMSUNG_0920_W SAMSUNG_0920_W Advertisement

Transparentné piezoelektriká môžu priniesť priesvitných robotov a dotykové displeje bez potreby napájania

0

Ak sú niektoré kryštalické materiály zasiahnuté elektrickým prúdom, zmenia tvar. Tieto tzv. piezoelektrické materiály sa už desaťročia využívajú pri ultrazvukovom lekárskom snímaní; sú totiž také citlivé, že dokážu zachytiť pohyb zvukových vĺn prechádzajúcich cez tkanivo. Vedci teraz prišli s novým jednoduchým spôsobom, ako vytvoriť účinné transparentné piezoelektrikum, ktoré by mohlo viesť k neviditeľným robotom a samonapájacím dotykovým displejom.

Piezoelektriká sú vyrobené buď z nespočetného množstva drobných kryštálov, alebo z monokryštálov z rôznych materiálov vrátane keramiky a polymérov. V obidvoch prípadoch sa atómy usporiadajú do jednoduchej kryštalickej jednotky, ktorá sa viacnásobne opakuje. Vnútri každého z týchto stavebných blokov sú atómy usporiadané v takzvanom elektrickom dipóle – na jednej strane sú kladné náboje, na druhej záporné.

Aplikácia tlaku na tieto materiály môže jemne zmeniť polohu atómov, a to natoľko, aby sa náboje preorganizovali a vytvorilo sa elektrické napätie. Aplikovanie elektrického napätia robí opak, núti materiál expandovať v jednom smere a sťahovať sa v druhom. Vďaka tomu sú piezoelektriká mimoriadne užitočné pre širokú škálu aplikácií. Sú súčasťou všetkého od zapaľovačov cigariet cez spínače zapaľovania na griloch až po presné motory na skenovacích mikroskopoch. Takisto sú nevyhnutné pri fotoakustickom snímaní, kde sa využíva piezoelektrické zariadenie nazývané menič na detekciu emitovania ultrazvukových vĺn mäkkých tkanív pri absorpcii svetla z lasera.

Rôzne molekuly - od hemoglobínu po melanín - absorbujú rôzne frekvencie, takže lekári môžu snímať mnoho druhov tkanív, aby zistili zdravotné problémy. Nepriehľadné meniče však vrhajú mierny tieň, a tak tkanivo bezprostredne pod nimi nemožno zobraziť. Preto vedci vytvorili meniče využívajúce priehľadné piezoelektriká. Tieto materiály však doteraz neboli dostatočne dobré na to, aby vyriešili všetky problémy so zobrazovaním.

Pred niekoľkými rokmi vedci v Japonsku prišli s lepším spôsobom, ako vytvoriť transparentné piezoelektrikum. Zvolili si materiál PMN-PT (olovo magnézium niobát/olovo titanát), ktorý je feroelektrický a prirodzene obsahuje elektrické dipóly. Tento materiál zmenili na piezoelektrikum tým, že ho vystavili jednosmernému elektrickému prúdu z batérií. Zistili však, že jeho vystavenie striedavému prúdu robí piezoelektrikum silnejším. Spočiatku sa piezoelektrické hodnoty PMN-PT zvýšili o 20 až 40 %.

Počítačové simulácie však ukázali, že striedavý prúd môže zlepšiť výkonnosť piezomateriálu. Normálne je PMN-PT nepriehľadný materiál, pretože jednotlivé skupiny dipólov rozptyľujú svetlo vo všetkých smeroch. Aplikovaním striedavého prúdu však vedci spôsobili zarovnanie dipólov a miernym zahrievaním a leštením zmenili materiál na priehľadný. Pritom jeho piezoelektrická sila je 50-krát vyššia ako pri bežných priehľadných piezoelektrikách, ako sa uvádza v článku v časopise Nature.

Toto zlepšenie by mohlo viesť k citlivejším fotoakustickým zobrazovacím zariadeniam, ktoré by lekárom pomohli vo všetkom – od detekcie rakoviny prsníka a melanómu až po sledovanie prietoku krvi pri liečení cievnych ochorení. Navyše by tento postup mohol inšpirovať na vznik transparentných aktuátorov pre “neviditeľnú” robotiku alebo k obrazovkám, ktoré sa pri dotyku samy napájajú.

Zdroj: sciencemag.org.

Redakcia

Všetky autorove články
stroj robot technika elektrina displej

Pridať komentár

Mohlo by vás zaujímať

Mohlo by vás zaujímať