Новости

Jan 19, 2024

Боффинс заявляет об открытии первой пьезоэлектрической жидкости • The Register

Исследовательская группа из Мичиганского государственного университета (МГУ) обнаружила жидкость.

Исследовательская группа из Мичиганского государственного университета (МГУ) обнаружила жидкость, которая, по их словам, «не поддается простому теоретическому объяснению», поскольку она обладает пьезоэлектрическими характеристиками.

Хотя многое в якобы пьезоэлектрической жидкости остается загадкой – даже для ученых, которые ее открыли, – такие материалы могут быть использованы для создания электрически управляемой оптики или даже «новой области пьезогидравлики», по словам профессора МГУ Гэри Бланшара, одного из два автора об исследовании [PDF].

Пьезоэлектричество не является чем-то новым. Мы знаем об этом явлении, при котором некоторые материалы выделяют электричество под давлением, примерно с 1880 года. Пьезоэлектрические материалы также подвержены обратному пьезоэлектрическому эффекту, при котором их размеры изменяются при приложении электричества.

Кристаллы кварца и другие широко используемые пьезоэлектрические материалы, такие как цирконат-титанат свинца (ЦТС) и титанат бария, можно найти во многих потребительских товарах. Из этих материалов используются кварцевые наручные часы, усилители, электрические трансформаторы и даже зажигалки.

Но все они используют твердые пьезоэлектрические вещества, потому что – по крайней мере, до открытия команды Бланшара – пьезоэлектрическая жидкость не наблюдалась.

Бланшар и его команда обнаружили пьезоэлектрическую жидкость, работая с парой ионных жидких солей, которые сохраняют жидкое состояние при комнатной температуре. Бланшар описал эти материалы как вязкие, «как моторное масло или кленовый сироп» — лучшие из них (по мнению выпускника МГУ и репортера из Мичиганда) можно найти в штате Миттен.

Когда материалы были помещены в цилиндр и сжаты поршнем, оба генерировали электричество, пропорциональное приложенной силе, что, по словам Бланшара, «чертовски шокировало нас». (Можно предположить метафорически.) Команда также обнаружила в жидкости эффект, который они называют «индуцированным градиентом плотности свободного заряда», который, по их словам, реализует обратный пьезоэлектрический эффект, необходимый для пьезоэлектрических материалов.

До этого открытия считалось, что пьезоэлектрические материалы являются только кристаллическими и не обладают инверсионной симметрией. Такие кристаллы очень упорядочены, и, как следствие, исследователи не удосужились искать такие материалы среди жидкостей, сказал Бланшар.

По этой причине Бланшар и соавтор Икбал Хоссейн все еще пытаются выяснить, как именно пьезоэлектричество может возникать в жидкостях. Они также пытаются выяснить, могут ли другие материалы быть более проводящими, поскольку их испытания привели к пьезоэлектрическому эффекту «на порядок меньше, чем у кварца».

Чтобы проверить потенциал практического применения, включая оптику, Бланшар и Хоссейн поместили свои жидкости в контейнер в форме линзы. По словам Бланшара, подключив его к электричеству, они смогли изменить фокусное расстояние объектива.

Помимо этих возможностей, пара заявила в своей статье, что это открытие, вероятно, «потребует некоторой модификации [современной пьезоэлектрической теории твердого тела] для объяснения [этих] экспериментальных наблюдений».

Жидкости, подобные тем, которые тестировали Бланшар и Хоссейн, также легче перерабатываются и более безопасны для окружающей среды, чем твердотельные пьезоэлектрические материалы, многие из которых содержат свинец. Но не будем забегать вперед: как говорит Бланшар, «мы находимся на неизведанной территории». ®

Присылайте нам новости