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Jan 26, 2024

I ricercatori ritengono che l'aggiunta sia rara

April 19, 2019 report by

Rapporto del 19 aprile 2019

di Bob Yirka, Phys.org

Un team di ricercatori provenienti da Cina, Stati Uniti e Australia ha scoperto che l’aggiunta dell’elemento samario delle terre rare ai cristalli piezoelettrici può migliorare notevolmente le loro prestazioni. Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Science, il gruppo descrive il proprio lavoro e il rendimento dei cristalli alterati durante i test. Jiří Hlinka con Fyzikální ústav Akademie Věd České Republiky ha pubblicato un pezzo Prospettiva sul lavoro svolto dal team nello stesso numero della rivista.

I dispositivi piezoelettrici hanno fatto molto parlare di sé ultimamente poiché gli scienziati hanno esaminato se potessero essere utilizzati per produrre elettricità da nuove fonti, ad esempio nelle scarpe mentre le persone camminano o fissati sui vestiti mentre si piegano. Sono comodi da usare perché possono convertire le oscillazioni meccaniche in segnali elettrici. Meno noto è che vengono utilizzati anche nei sensori come negli strumenti a ultrasuoni. Affinché un dispositivo piezoelettrico funzioni, deve avere al suo interno un materiale che risponda alle vibrazioni: fino ad oggi, il materiale migliore per questo lavoro è stato un cristallo di ossido di perovskite chiamato PMN-PT. Gli scienziati sono alla ricerca di modi per migliorare le prestazioni dei dispositivi piezoelettrici cercando altri materiali e cercando modi per migliorare le prestazioni dei cristalli PMN-PT. In questo nuovo sforzo, i ricercatori hanno scelto quest’ultimo approccio e affermano di aver trovato un modo per raddoppiarne le prestazioni.

I ricercatori hanno scoperto che l'aggiunta di samario alla miscela durante la crescita del PMN-PT (utilizzando un approccio Bridgman modificato) ha prodotto una versione del cristallo PMN-PT che era notevolmente migliore nel generare una carica elettrica. Più specificamente, hanno scoperto che l’aggiunta di un solo atomo di samario per ogni 1000 cristalli genitori era tutto ciò che era necessario. Notano che i cristalli PMN-PT convenzionali generano in media da 1.200 a 2.500 pC/N. I test sulla versione migliorata hanno dimostrato che è in grado di produrre da 3.400 a 4.100 pC/N. I ricercatori hanno anche scoperto che l’aggiunta di samario ai cristalli li rendeva più eterogenei e ha anche portato a rendere più uniformi in generale altre proprietà del cristallo. Inoltre, ciò ha consentito ai cristalli di diventare più grandi, il che potrebbe comportare un risparmio sui costi.

I ricercatori suggeriscono che i sensori con cristalli migliorati avrebbero una risoluzione migliore e una maggiore sensibilità. Sarebbero anche più efficienti.

Maggiori informazioni: F. Li el al., "Piezoelettricità gigante di cristalli singoli di Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 drogati con Sm", Science (2019). science.sciencemag.org/cgi/doi … 1126/science.aaw2781

"Raddoppio delle prestazioni piezoelettriche", Science (2019). science.sciencemag.org/cgi/doi … 1126/science.aax0693

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