Учёные Гонконгского университета обнаружили, что ультратонкие алмазные мембраны генерируют электричество
Материал подготовлен искусственным интеллектом на основе нескольких источников — ссылки на оригиналы приведены ниже.
Исследователи Гонконгского университета обнаружили, что ультратонкие гибкие алмазные мембраны дают измеримый пьезоэлектрический отклик. Открытие опровергает вековое представление о том, что алмаз не является пьезоэлектриком. При изгибе мембран команда зафиксировала стабильные сигналы напряжения, эффект объясняется асимметрией границ зёрен.
Ключевые факты
- Команда Гонконгского университета под руководством профессора Чжицинь Чу и профессора Юань Линя получила ультратонкие поликристаллические алмазные мембраны методом краевого отслаивания.
- При изгибе алмазных мембран возникали стабильные сигналы напряжения, что подтверждено многократными механическими циклами, исключившими влияние окружающей среды и трибоэлектрические эффекты.
- Расчёты из первых принципов показывают, что при изгибе мембраны вокруг границ зёрен в поликристаллическом алмазе накапливается поляризация заряда, создавая разность потенциалов между верхней и нижней поверхностями.
- С начала 1900-х годов алмаз классифицировался как непьезоэлектрический материал, что ограничивало его применение в микроэлектромеханических системах лишь ролью структурной опоры для других пьезоэлектриков.
Обнаружение пьезоэлектрического отклика
Исследователи Гонконгского университета показали, что ультратонкие высокогибкие алмазные мембраны способны давать измеримый пьезоэлектрический отклик. Работу возглавили профессор Чжицинь Чу с кафедры электротехники и вычислительной техники и профессор Юань Линь с кафедры машиностроения. Команда использовала недавно разработанный метод краевого отслаивания для получения ультратонких гибких поликристаллических алмазных мембран. При намеренном изгибе мембраны исследователи зафиксировали стабильные сигналы напряжения.
Механизм и проверка
Многократные механические циклы в контролируемых условиях исключили влияние окружающей среды и трибоэлектрические эффекты. Напряжение возникало стабильно и повторяемо, что стало убедительным доказательством того, что пьезоэлектрический отклик создаёт сама алмазная мембрана. Расчёты из первых принципов указывают на асимметрию границ зёрен внутри поликристаллической алмазной мембраны как на источник эффекта. При усилении изгиба мембраны вокруг этих границ накапливается поляризация электрического заряда, создавая разность потенциалов между верхней и нижней поверхностями.
Значение для применения алмаза
С начала 1900-х годов алмаз обычно классифицировался как непьезоэлектрический материал, то есть не ожидалось, что он будет генерировать электрическое напряжение при механической деформации. Несмотря на исключительную твёрдость, прочность, химическую стабильность, высокую скорость звука, теплопроводность, электрическую прочность и сверхширокую запрещённую зону, алмаз обычно служил лишь структурной опорой для других пьезоэлектрических материалов в микроэлектромеханических системах. Открытие может открыть новые возможности для применения алмаза в областях, где особенно важны долговечность и безопасность.
1 источник
Время · отставание