Piezoelektrykami są kryształy, które pod wpływem naprężeń mechanicznych wytwarzają na powierzchni pole elektryczne. Pierwszy raz zaobserwowali to zjawisko Pierre i Jacques Curie w 1880 roku. Wkrótce odkryto także zjawisko do niego odwrotne, czyli zmianę kształtu kryształu pod wpływem przyłożenia pola elektrycznego.
Czytaj też: Projektują ultrastabilne materiały. Dzięki nowej metodzie powstało ich aż 10 tysięcy
W kolejnych dekadach kariera materiałów piezoelektrycznych zaczęła się rozwijać z ogromną prędkością. Dzisiaj znajdują one zastosowanie chociażby w konstrukcji mikrofonów, głośników czy starszej generacji gramofonów. Piezoelektryki także budują elementy zapalarek oraz zegarów kwarcowych. Ale jakie związki dokładnie wykazują efekt piezoelektryczny?
Zbadano ponad tysiąc materiałów o tych cechach, ale tylko wąskie grono znalazło zastosowania praktyczne. Piezoelektrykami są np. kwarc-alfa (tzw. kryształ górski), minerały z grupy turmalinów oraz związki ołowiu. Te ostatnie nie są najbardziej przyjaznymi substancjami dla środowiska i zdrowia człowieka, a jednak są bardzo często wykorzystywane do konstrukcji przetworników ultradźwiękowych.
Piezoelektryki bez ołowiu. Za kilka lat doczekamy się ich w praktyce
Naukowcy z Politechniki Gdańskiej pracują obecnie nad projektem nowej generacji piezoelektryków, które nie będą zawierały ołowiu w swojej strukturze – tłumaczą na stronie uczelni. W badaniach pomagają im koledzy z Danii i Brazylii.
Badacze skupiają się na mało poznanej grupie materiałów z tlenku ceru. Wykazują one efekt elektrostrykcji, który często bywa mylony z odwrotnym zjawiskiem piezoelektrycznym. Materiały elektrostrykcyjne odkształcają się tylko w jednym kierunku niezależnie od tego, jak zostanie przyłożone pole elektryczne. Zmiana wymiarów jest proporcjonalna do kwadratu natężenia pola.
Czytaj też: Te materiały są jak croissanty świata technologii. Wreszcie umiemy je wytwarzać
Zadaniem polskich uczonych jest opracowanie nowych materiałów na bazie tlenku ceru, a partnerzy z Danii mają zając się ich praktyczną implementacją. Jak przekonują naukowcy, tlenek ceru jest łatwym i tanim do pozyskania związkiem. Największy sukces może on odnieść w urządzeniach medycznych, chociażby tych stosowanych w mikrochirurgii.
Badania będą trwać trzy lata. Międzynarodowy projekt o nazwie „Zdefektowane tlenki metali – nowa generacja bezołowiowych materiałów piezoelektrycznych dla przetworników ultradźwiękowych” uzyskał finansowanie w wysokości 617 tys. złotych w konkursie M-ERA.NET. Nad całokształtem prac czuwa prof. Sebastian Molin z Politechniki Gdańskiej.
