El uso de un campo eléctrico de CA en lugar de CC puede mejorar la respuesta piezoeléctrica de un cristal. Ahora, un equipo internacional de investigadores dice que los ciclos de los campos de CA también hacen que los dominios internos de cristal en algunos materiales sean más grandes y el cristal sea transparente.
"Ha habido informes de que el uso de campos de CA podría mejorar significativamente las respuestas piezoeléctricas, por ejemplo, en un 20% a 40% sobre los campos de CC y las mejoras siempre se han atribuido a los tamaños de dominio ferroeléctrico interno más pequeños que resultaronde los ciclos de los campos de AC ", dijo Long-Qing Chen, profesor de Ciencias e Ingeniería de Materiales de Hamer, profesor de ciencias de la ingeniería y mecánica, y profesor de matemáticas en Penn State." Hace unos tres años, el Dr. Fei Li, entoncesinvestigador asociado en el Instituto de Investigación de Materiales en Penn State, confirmó en gran medida la mejora de los rendimientos piezoeléctricos de la aplicación de los campos de CA. Sin embargo, no estaba claro en absoluto cómo evolucionaron los dominios ferroeléctricos internos durante los ciclos de CA.
"Nuestro grupo realiza principalmente modelado por computadora, y hace más de un año comenzamos a investigar qué sucede con las estructuras de dominio interno si aplicamos campos de CA a un cristal piezoeléctrico ferroeléctrico. Tenemos mucha curiosidad acerca de cómo evolucionan las estructuras de dominio durante la CAciclos. Nuestras simulaciones por computadora y cálculos teóricos mostraron una respuesta piezoeléctrica mejorada, pero nuestras simulaciones también demostraron que los tamaños del dominio ferroeléctrico en realidad aumentaron durante los ciclos de CA en lugar de disminuir, como se informa en la literatura ".
Los materiales piezoeléctricos generan cargas eléctricas cuando se aplica una fuerza mecánica y se deforman o cambian de forma cuando se aplica un campo eléctrico. Los investigadores investigaron el titanato de plomo y niobato de magnesio y plomo - PMN-PT - un material piezoeléctrico comercialmente disponible. Los resultados computacionalesfueron inesperados porque la mayoría de las personas en la comunidad piezoeléctrica creen que cuanto más pequeños son los dominios, mayor es la respuesta piezoeléctrica.
Los dominios dentro de un cristal son áreas dentro de las cuales los dipolos eléctricos o la polarización eléctrica se organizan a lo largo de la misma dirección. Antes de la alineación de los dipolos o la polarización de un cristal PMN-PT usando un campo eléctrico, hay muchos dominios pequeños con polarización a lo largo de diferentesdirecciones. A medida que los ciclos de los campos eléctricos de CA se aplican al cristal, los dominios se realinean, volviéndose cada vez más pequeños. Después de varios ciclos de CA, los dominios son grandes y en capas.
"Los resultados de la simulación estaban en contradicción con los informes en la literatura", dijo Chen. "Necesitábamos profundizar más para ver si la realidad está de acuerdo con los resultados de nuestra simulación".
Investigadores de la Universidad Xi'an Jiaotong en China luego cultivaron sus propios cristales PMN-PT y examinaron cuidadosamente las configuraciones de dominio dentro de sus muestras utilizando diversas técnicas de caracterización experimental en diferentes condiciones de ciclo AC. Confirmaron las predicciones computacionales de Penn State de que los dominios realmentehacerse más grande durante los ciclos de CA
El tamaño de dominio más grande y las estructuras de dominio de capa particulares también sugieren que un rayo de luz que se muestra sobre el cristal no se vería afectado y brillaría a través de él, el cristal sería transparente. Los cristales no solo poseen piezoelectricidad ultraalta, sino que también son altamentetransparente después de que sus superficies estén cuidadosamente pulidas. En el pasado, cristales como este siempre han sido opacos.
Los investigadores informan hoy 15 de enero en Naturaleza que "el trabajo presenta un paradigma para lograr una combinación sin precedentes de propiedades y funcionalidades a través de la ingeniería del dominio ferroeléctrico, y se espera que los nuevos cristales ferroeléctricos transparentes que se presentan aquí abran una amplia gama de aplicaciones de dispositivos híbridos, tales como imágenes médicas,-pantallas táctiles de recolección de energía y dispositivos robóticos invisibles "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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