توسعه مواد پیزوالکتریک سرامیکی بسیار تغییر شکل پذیر برای دستگاههای لمسی
با افزایش اهمیت محیط‌های غیر تماسی به دلیل COVID-۱۹، دستگاههای الکترونیکی لمسی با استفاده از فناوری لمس (haptic) به‌عنوان رسانه‌های ارتباطی جدید مورد توجه قرار می‌گیرند.
فناوری لمس در طیف گستردهای از زمینهها مانند روباتیک یا نمایشگرهای تعاملی استفاده میشود. دستکشهای لمسی برای فناوری ارتباطات اطلاعات تقویت شده استفاده میشود. مواد پیزوالکتریک کارآمدی که میتوانند محرکهای مکانیکی مختلف را به سیگنالهای الکتریکی تبدیل کنند و بالعکس، پیشنیازی برای پیشرفت فناوری لمسی با کارایی بالا هستند.
یک تیم پژوهشی به سرپرستی پروفسور Seungbum Hong پتانسیل دستگاههای لمسی را با توسعه مواد پیزوالکتریک سرامیکی که تا سه برابر تغییر شکل‌پذیرتر هستند، تأیید کردند. برای ساخت نانومواد بسیار تغییر شکلپذیر، تیم پژوهشی یک نانوساختار توخالی اکسیدروی با استفاده از نانوالگوسازی میدان مجاور و رسوب لایه اتمی ساختند.
ضریب پیزوالکتریک تقریباً pm/V ۲/۹ اندازه‌گیری شد و آزمایش فشرده‌سازی نانومیله، حد کرنش الاستیک تقریباً ۱۰% را نشان داد که سه برابر بیشتر از اکسید روی بالک است. سرامیکهای پیزوالکتریک دارای ضریب پیزوالکتریک بالا با محدودیت کرنش الاستیک کم هستند؛ درحالیکه عکس این امر برای پلیمرهای پیزوالکتریک صادق است. بنابراین، دستیابی به عملکرد خوب در هر دو ضرایب پیزوالکتریک بالا و همچنین محدودیتهای کرنش الاستیک بالا بسیار چالش برانگیز بودهاست. برای شکستن حد الاستیک سرامیکهای پیزوالکتریک، تیم پژوهشی یک نانوساختار توخالی خرپایی سهبعدی با دیوارههای نازک در مقیاس نانومتری معرفی کردند. با توجه به معیار گریفیث، استحکام شکست یک ماده با جذر اندازه عیب موجود، نسبت معکوس دارد. بااینحال، یک نقص بزرگ به میزان کمتری در یک ساختار کوچک رخ میدهد که به نوبه خود، استحکام مواد را افزایش میدهد. بنابراین، اجرای فرم یک نانوساختار توخالی خرپایی سهبعدی با دیوارههای نازک در مقیاس نانومتری میتواند حد الاستیک ماده را افزایش دهد. علاوهبراین، یک ساختار سهبعدی یکپارچه میتواند در برابر فشارهای بالا در همهی جهات مقاومت کند و همزمان از خسارت ناشی از گلوگاه جلوگیری کند. پیش از این، کنترل خاصیت شکست مواد سرامیکی پیزوالکتریک به دلیل واریانس زیاد در اندازه‌های ترک دشوار بود. بااینحال، تیم پژوهشی از نظر ساختاری، اندازه ترک را برای مدیریت خواص شکست محدود کرد.
نتایج پروفسور Hong پتانسیل توسعه مواد پیزوالکتریک سرامیکی بسیار تغییر شکلپذیر را با بهبود حد الاستیک با استفاده از یک نانوساختار توخالی سهبعدی نشان میدهد. از آنجایی که اکسیدروی دارای ضریب پیزوالکتریک نسبتاً پایینی در مقایسه با سایر مواد سرامیکی پیزوالکتریک است، استفاده از ساختار پیشنهادی برای چنین اجزایی نتایج بهتری را از نظر فعالیت پیزوالکتریکی وعده میدهد.
پروفسور Hong گفت: "با ظهور عصر غیرتماسی، اهمیت ارتباطات عاطفی در حال افزایش است. از طریق توسعه فناوری‌های جدید تعامل لمسی، علاوه بر ارتباطات دیداری و شنیداری کنونی، بشر وارد عصر جدیدی میشود که در آن میتواند با هر کسی با استفاده از هر پنج حس و بدون توجه به موقعیت مکانی ارتباط برقرار کند، انگار که شخصاً با آنها هستند. "درحالیکه تحقیقات بیشتری باید برای تحقق کاربرد طرحهای پیشنهادی برای دستگاههای تقویتکننده لمسی انجام شود، این مطالعه به دلیل حل یکی از چالش برانگیزترین مسائل در استفاده از سرامیکهای پیزوالکتریک ارزش بالایی دارد و به ویژه فرصتهای جدیدی را برای استفاده از آنها با غلبه بر محدودیتهای مکانیکی میگشاید.
گردآورندگان: دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان- مهندس ریحانه گودرزی
منبع: https://www.azom.com/news.aspx?newsID=۵۵۴۷۹
|