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Posted in | Nanomaterials | Nanoanalysis

Struttura di cristallo rivelando composto essenziale per Sonar e della memoria del computer

Published on November 9, 2010 at 6:31 PM

Utilizzando un fascio di neutroni come una sonda, i ricercatori che lavorano presso il National Institute of Standards and Technology (NIST) hanno cominciato a rivelare la struttura cristallina di un composto essenziale per tecnologie che vanno dal sonar a memoria del computer. * Il loro recente lavoro fornisce a lungo cercato comprensione quanto un materiale ampiamente utilizzato della moderna tecnologia funziona realmente.

Il composto è un "piezoelettrico", un materiale in grado di cambiare un tipo di energia in un'altra-meccanico versa elettrica, o viceversa. Lungo impiegata nei sistemi sonar per rilevare le onde sonore, più di recente piezoelettrici sono stati applicati in dispositivi che richiedono modifiche minuscolo in posizione, come la testa che legge i dati dal disco rigido del computer.

Piezoelettrici PZT come sono importanti nella costruzione di attuatori, come quelli usati per leggere i dati da hard disk dei computer '. Una migliore comprensione fondamentale del PZT potrebbe un giorno consentire agli scienziati di creare migliori materiali piezoelettrici da zero. Cortesia: Shutterstock / Studio Foxy

Per decenni, lo standard del settore piezoelettrico è stato PZT, un composto che contiene titanio, zirconio, piombo e ossigeno. Cristalli di PZT cambiare una piccola frazione di punto percentuale di dimensioni quando un'onda sonora li colpisce, e il cambiamento thisshape crea un impulso elettrico. Decenni fa, si è scoperto che PZT si esibisce al suo meglio quando il titanio e zirconio appaiono in proporzioni approssimativamente uguali, ma nessuno ha veramente capito il perché.

"Le teorie di frequente riguardano ciò che accade sulla linea di passaggio tra l'avere un surplus di zirconio e uno di titanio", dice Peter Gehring del Centro per la Ricerca NIST Neutron (NCNR). "Alcune teorie suggeriscono che proprio vicino alla zona di transizione, gli atomi assumono una particolare configurazione che permette di certi atomi di muoversi più liberamente di quanto possano altrimenti. Ma perché è stato difficile far crescere un cristallo di PZT abbastanza grande da analizzare, noi couldn ' t completamente testare queste idee. "

Una svolta è arrivata quando i chimici canadese Simon Fraser University è riuscito a crescere singoli cristalli di pochi millimetri nel formato e li ha inviati al NCNR per l'esame di scattering, un neutrone tecnica per determinare le posizioni dei singoli atomi in una struttura cristallina complessa osservando la modelli realizzati da neutroni che rimbalzano esso. Il team, che comprendeva anche i ricercatori dell'Università di Oxford, l'Università di Tokyo e l'Università di Warwick, era in grado di escludere definitivamente una delle strutture proposte di PZT.

Invece, hanno scoperto che ogni elemento di cristallo PZT assume probabilmente una delle due possibili forme che coesistono all'interno della matrice a cristalli più grandi. Queste forme sono dettate dalla composizione chimica, e possono incidere sul buon materiale esegue su larga scala. I loro risultati suggeriscono anche che il cambiamento di comportamento visto al passaggio avviene gradualmente, piuttosto che ad un certo proporzione nettamente delineate di zirconio al titanio.

Gehring dice che i risultati potrebbero essere un passo verso migliorando PZT. "Determinazione della struttura potrebbe darci la prospettiva necessaria per la progettazione di un materiale piezoelettrico da principi primi, invece di giocare e di vedere che cosa funziona", dice. "Questo è quello che vi serve se siete mai riusciti a costruire una migliore trappola per topi".

* D. Phelan, X. Long, Y. Xie, Z.-G. Ye, AM Glazer, H. Yokota, PA e PM Thomas Gehring. Cristallo singolo studio di competere per romboedrica e monoclino in titanato zirconato di piombo. Physical Review Letters, 8 novembre, 2010, DOI: 10.1103/PhysRevLett.105.207601

Last Update: 7. October 2011 20:14

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