Posted in | Nanomaterials | Nanoanalysis

Avslørende krystallstruktur Compound Essential til Sonar og Minne

Published on November 9, 2010 at 6:31 PM

Ved hjelp av et nøytron bjelke som en sonde, forskere arbeider ved National Institute of Standards and Technology (NIST) har begynt å avdekke krystallstrukturen av et sammensatt avgjørende for teknologier som spenner fra sonar til datamaskinens minne. Deres siste arbeid * gir etterlengtede innsikt i akkurat hvordan en mye brukt materiale av moderne teknologi som faktisk fungerer.

Den sammensatte er en "piezoelektrisk," et materiale som kan endre en type energi til en annen-mekanisk til elektrisk, eller vice versa. Long ansatt i sonar systemer for å oppdage lydbølger, mer nylig piezoelectrics har vært anvendt i enheter som krever minimale endringer i stilling, slik som hodet som leser data fra datamaskinens harddisk.

Piezoelectrics som PZT er viktige i konstruksjonen av aktuatorer, slik som de som brukes til å lese data fra datamaskiner "harddisker. En bedre grunnleggende forståelse av PZT en dag kan tillate forskere å skape bedre piezoelektriske materialer fra grunnen av. Courtesy: Shutterstock / Studio Foxy

I flere tiår har industristandard piezoelektriske vært PZT, et stoff som inneholder titan, zirkonium, bly og oksygen. Krystaller av PZT endre en liten brøkdel av en prosent i størrelse når en lydbølge treffer dem, og thisshape endring skaper en elektrisk impuls. Tiår siden, ble det oppdaget at PZT yter på sitt beste når den titan og zirkonium vises i tilnærmet samme proporsjoner, men ingen egentlig forsto hvorfor.

"Teoriene ofte bekymring hva som skjer ved overgangen linje mellom det å ha et overskudd av zirkonium og en av titan," sier Peter Gehring av NIST Center for Neutron Research (NCNR). "Foreslå noen teorier som riktig nær overgangssonen, atomene ta på seg en spesiell konfigurasjon som tillater visse atomer å bevege seg mer fritt enn de kan ellers. Men fordi det har vært vanskelig å vokse en krystall av PZT store nok til å analysere, vi Kunne ' t fullstendig test disse ideene. "

Et gjennombrudd kom da kjemikere ved Canadas Simon Fraser University klart å vokse enkrystaller av noen få millimeter i størrelse og sendte dem til NCNR for undersøkelse med nøytronspredning-en teknikk for å bestemme posisjonene til individuelle atomer i en kompleks krystallstruktur ved å observere mønstre laget av nøytroner spretter av det. Teamet, som også inkluderte forskere fra University of Oxford, University of Tokyo, og University of Warwick, var i stand til å definitivt utelukke en av de foreslåtte strukturer PZT.

I stedet fant de at hver PZT krystall element sannsynlig forutsetter en av to mulige former som eksistere innenfor den større krystall array. Disse skjemaene er diktert av kjemisk sammensetning, og de kan påvirke hvor godt materialet utfører i stor skala. Deres funn tyder også på at endringen i oppførsel sett på overgangen skjer gradvis, snarere enn på noen skarpt avgrenset del av zirkonium til titan.

Gehring sier at resultatene kan være et skritt mot bettering PZT. "Bestemme struktur kan gi oss et perspektiv er nødvendig for å designe et piezoelektrisk materiale fra første prinsipper, i stedet for bare å spille rundt og se hva som fungerer," sier han. "Det er det du trenger hvis du noen gang kommer til å bygge en bedre musefelle."

* D. Phelan, X. Long, Y. Xie, Z.-G. Ye, AM Glazer, H. Yokota, PA Thomas og PM Gehring. Én krystall studie av konkurrerende rhombohedral og monoclinic orden i bly zirconate titanate. Physical Review Letters, 8 november 2010, DOI: 10.1103/PhysRevLett.105.207601

Last Update: 3. October 2011 08:53

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit