„Die nützlichsten piezoelektrischen Materialien haben eine kritische Strecke des Aufbaus, der die morphotopic Phasengrenze genannt wird, wo die Kristallstruktur ändert und die piezoelektrischen Eigenschaften maximal sind,“ sagt Muhtar Ahart, ein Mitverfasser der Studie. „Diese sind normalerweise komplizierte, ausgeführte, feste Lösungen. Aber wir zeigten, dass ein reines Mittel eine morphotopic Phasengrenze unter Druck anzeigen kann.“

Die Studie forderten die Forscher gesetzte pulverisierte Kristalle des Bleititanats in einer Vorrichtung eine Diamantamboßzelle, die den Druck erzeugen kann, der die in der Mitte der Erde übersteigt. Sie überwachten die Änderungen in der Kristallstruktur mit Druck unter Verwendung der energiereichen Röntgenstrahllichtstrahlen der vorgerückten Photon-Quelle am Argonne nationalen Laboratorium in Illinois. Unter Verwendung dieser Daten und Berechnungen, die auf Erstgrundregel theoretischer Berechnung basierten, waren die Forscher in der Lage, die piezoelektrischen Eigenschaften der reinen Kristalle mit unterschiedlichem Druck festzustellen.

„Sie fällt, dass komplizierte Mikrostrukturen oder Aufbau nicht notwendig ist, um starken Piezoelectricity zu erhalten,“ sagt Ahart aus.

Der Gebrauch des piezoelectrics hat in den letzten Jahren gedröhnt und erweitert schnell. Ihre Fähigkeit, mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln und umgekehrt hat sie unschätzbar für akustische Signalumformer für Sonar und medizinischen Ultraschall und für die kleinen, high-precision Pumpen und die Motoren für die medizinischen und anderen Anwendungen gebildet. Leistungsstarkes piezoelectrics haben auch neue Möglichkeiten für „erntende Energie,“ die unter Verwendung der umgebenden Bewegung und der Erschütterung, um Elektrizität zu erzeugen erschlossen, in der Batterien oder andere Energiequellen unpraktisch oder nicht erreichbar sind.

„Dieses ist ein Feld, in dem Theorie, Experiment und materielle Entwicklungsarbeit nebeneinander,“, sagt Ronald Cohen, ein Personalwissenschaftler an der Carnegie-Anstalt und an einem Mitverfasser der Studie. „Die Abgrenzung der zugrunde liegenden Physik der piezoelektrischen Materialien bildet es einfacher, neue Materialien zu entwickeln und das Existieren zu verbessern. Wir werden balanciert jetzt auf dem Rand der sehr groß erweiterten Anwendungen dieser Technologien.“

Diese Arbeit wurde durch das Büro der Marineforschung gefördert. Unterstützung wurde auch von der Carnegie-/Energieministerium-Bündnis-Mitte (CDAC) empfangen. Hochdruckröntgenstrahlbeugung an der HPCAT Anlage der vorgerückten Photon-Quelle wurde durch DOE-BES, DOE-NNSA (CDAC) und die Grundlage W.-M. Keck gestützt. Gebrauch von der vorgerückten Photon-Quelle wurde vom US-Energieministerium, Büro der Wissenschaft, Büro der grundlegenden Energie-Wissenschaften gestützt.

Autoren: Muhtar Ahart, Maddury Somayazulu, R.E. Cohen, P. Ganesh, Przemyslaw Dera, Ho-kwang Mao, Russell J. Hemley, Yang Ren, Peter Liermann und Zhigang Wu.

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