При каких условиях алмазы генерируют энергию
Ученые из Гонконгского университета продемонстрировали, что ультратонкие алмазные мембраны обладают пьезоэлектрическими свойствами. На протяжении более века ученые исключали этот минерал из класса материалов, преобразующих механическую деформацию в электрический заряд. Новое исследование опубликовано в журнале Science Advances.
Традиционно алмаз ценился за его устойчивость к давлению, химикатам и экстремальным температурам, однако в микроэлектромеханических системах его использовали лишь как прочную основу для других пьезоэлектрических слоев. Теперь выяснилось: если сделать этот камень достаточно тонким, он начинает генерировать стабильное напряжение.
Ультратонкий алмаз может генерировать стабильное напряжение при изгибе / Фото SciTechDaily
Команда под руководством профессоров Чжициня Чу и Юаня Линя применила новый метод отслаивания краев, чтобы создать гибкую поликристаллическую мембрану. Когда этот материал сгибали, приборы фиксировали четкие электрические сигналы. Чтобы исключить влияние внешней среды или случайного трения, физики провели серию контрольных тестов, которые подтвердили воспроизводимость результата.
Причину такого явления выявили с помощью математических расчетов. Эффект возникает из-за асимметричных границ зерен – мест, где отдельные кристаллы алмаза соприкасаются внутри мембраны. Во время деформации на этих стыках накапливается электрический заряд, что создает разность потенциалов между верхней и нижней поверхностями материала.
Будущее автономных технологий
Это открытие открывает путь к созданию принципиально новых датчиков и миниатюрных устройств, которые будут работать без внешних аккумуляторов в самых агрессивных средах.
Поскольку алмаз является биосовместимым, химически стабильным и нетоксичным, он идеально подходит для медицинских технологий. В будущем имплантируемые устройства смогут использовать такие мембраны в качестве датчиков деформации или автономных источников питания, вырабатывающих энергию непосредственно из движений человеческого тела.