Pencipta Jepun telah mencipta piezoelektrik yang lebih baik - kristal lutsinar yang akan berguna dalam pengembangan teknologi generasi baru.
Sebilangan bahan kristal mempunyai cara untuk mengubah bentuknya apabila terkena renjatan elektrik. Para saintis telah menggunakan apa yang disebut piezoelektrik dalam perubatan ultrasound selama beberapa dekad: bahan berdasarkannya sangat sensitif sehingga dapat mengesan pergerakan gelombang suara yang melalui tisu. Baru-baru ini para penyelidik membuat kaedah baru untuk membuat piezoelektrik telus yang kuat yang bukan sahaja dapat meningkatkan kualiti gambar perubatan, tetapi juga membuat robot dan skrin sentuh yang tidak kelihatan yang aktif apabila disentuh tanpa bateri pihak ketiga.
Piezoelektrik terdiri daripada banyak kristal kecil atau kristal tunggal dari pelbagai bahan, termasuk seramik dan polimer. Dalam kedua kes tersebut, campuran atom berubah menjadi unit kristal sederhana - biasanya berukuran beberapa atom - yang berulang berulang. Di dalam setiap blok bangunan ini, atom berada di tempat yang disebut dipol elektrik, dengan banyak cas positif di satu sisi dan banyak cas negatif di sisi lain.
Menekan tekanan pada bahan-bahan ini dapat mengubah kedudukan atom secara halus, yang cukup untuk menyusun semula cas dan menghasilkan voltan elektrik. Menerapkan voltan elektrik mempunyai kesan sebaliknya, menyebabkan bahan mengembang dalam satu arah dan menguncup ke arah yang lain.
Properti ini menjadikan piezoelektrik sangat berguna dalam pelbagai aplikasi. Bioengineer Sri Rajasekhar Kotapalli menyatakan bahawa peranti piezoelektrik adalah sebahagian daripada segalanya dari pemetik api dan butang gril barbeku hingga sistem mikroskop moden yang tepat.
Mereka juga diperlukan untuk pencitraan fotoakustik, di mana alat piezoelektrik yang disebut transduser digunakan untuk mengesan gelombang ultrasonik yang dipancarkan oleh tisu lembut ketika cahaya dari laser diserap. Molekul yang berbeza - dari hemoglobin hingga melanin - menyerap frekuensi yang berbeza, jadi doktor dapat memvisualisasikan pelbagai jenis tisu untuk mencari masalah kesihatan. Walau bagaimanapun, transduser legap membuang bayangan kecil, yang bermaksud bahawa kain yang betul-betul di bawahnya tidak dapat ditampilkan. Untuk mengatasi masalah ini, para penyelidik telah mencipta transduser menggunakan piezoelektrik telus, tetapi setakat ini bahan-bahan ini terlalu lemah dan tidak boleh dipercayai untuk akhirnya menyelesaikan masalah tersebut.
Beberapa tahun yang lalu, para penyelidik di Jepun membuat kaedah bijak untuk membuat piezoelektrik telus. Bahan pilihan mereka, sebatian niobate plumbum dan titanate plumbum (PMN-PT), adalah ferroelektrik yang secara semula jadi berkuasa dipol elektrik. Penyelidik telah mengubah bahan-bahan ini menjadi piezoelektrik dengan mendedahkannya kepada arus elektrik DC. Tetapi pasukan Jepun mendapati bahawa mendedahkan mereka kepada arus bolak-balik - dari yang dibekalkan ke rumah dan perniagaan - menghasilkan daya piezoelektrik yang kuat. "Ini seperti menggegarkan kristal bolak-balik," jelas Long-Qing Chen, seorang saintis komputasi yang berpangkalan di Pennsylvania. Perombakan seperti itu dapat menggandakan sifat piezoelektrik kristal, seperti yang diumumkan oleh pasukan Jepun pada tahun 2011.
PMN-PT biasanya legap kerana kumpulan individu dipol menyebarkan cahaya ke semua arah. Dengan menggunakan arus ulang-alik, pasukan meratakan dipol, kemudian memanaskan dan menggilap bahan menjadi sifat lutsinar dan piezoelektrik 50 kali lebih kuat daripada bahan piezoelektrik lutsinar konvensional. Hasil karya tersebut dipaparkan dalam jurnal Nature.
Video promosi:
Piezoelektrik yang dipertingkatkan dapat digunakan untuk membuat alat pencitraan fotoakustik yang lebih sensitif yang dapat membantu doktor dengan segala-galanya dari mengesan barah payudara dan melanoma hingga memantau aliran darah untuk merawat penyakit vaskular. Para penyelidik melaporkan bahawa kemajuan ini juga dapat memberi inspirasi kepada jurutera untuk membuat penggerak telus untuk robotik dan skrin yang tidak kelihatan yang diaktifkan dengan sentuhan.
Vasily Makarov
