واستناداً إلى يوديد البزموت، وهو ملح غير عضوي ذو سمية منخفضة، فإن المادة الهجينة الناعمة الجديدة تنافس أداء السيراميك التقليدي القائم على الرصاص ولكن مع سمية أقل ومعالجة أسهل. وهو لا يحتوي على الرصاص مقارنة بالبدائل الحالية عالية الأداء مثل PZT (تيتانات زركونات الرصاص)، والتي تحتوي على 60% من الرصاص، ويمكن إنتاجها في درجة حرارة الغرفة بدلاً من 1000 درجة مئوية.
وقال الدكتور دومينيك كوبيكي، من جامعة برمنغهام: “مع أداء مماثل للكهرباء الانضغاطية التجارية ولكن مصنوعة من البزموت غير السام، يعد هذا الاكتشاف طريقًا جديدًا نحو تقنيات مسؤولة بيئيًا يمكنها تشغيل أجهزة الاستشعار والمزروعات الطبية والإلكترونيات المرنة للمستقبل”.
تولد المواد الكهرضغطية شحنة كهربائية عند الضغط عليها أو ثنيها ويمكن أن تتشوه أيضًا عند تطبيق مجال كهربائي. وهي ضرورية لتقنيات تتراوح بين المحركات الدقيقة – المستخدمة في منتجات مثل التركيز التلقائي للكاميرا ومضخات الطابعة النافثة للحبر – إلى أجهزة استشعار حصاد الطاقة المدمجة في التكنولوجيا القابلة للارتداء مثل أجهزة تتبع اللياقة البدنية، والملابس الذكية، وأنظمة الوسائد الهوائية للسيارات. “
استخدم الباحثون في جامعة برمنغهام حيود الأشعة السينية أحادية البلورة والرنين المغناطيسي النووي للحالة الصلبة (NMR) لفهم سلوك المادة. ووجدوا أن الطريقة التي تلتصق بها الأجزاء العضوية وغير العضوية معًا من خلال روابط الهالوجين يمكن استخدامها لتغيير متى وكيف تغير المادة بنيتها، بالإضافة إلى تحسين الأداء الكهرضغطي. يمكن أن يكون هذا الفهم مفيدًا أيضًا لتعزيز الأداء الكهرضغطي في المواد الأخرى التي تجمع بين العناصر العضوية وغير العضوية.
وقال الدكتور بنجامين جالانت، من جامعة برمنغهام، الذي قاد دراسة الرنين المغناطيسي النووي: “باعتباري باحثًا في بداية حياته المهنية، من المثير المشاركة في البحث الذي يمتلك القدرة على تغيير مجتمعنا – فكل جهاز نستخدمه في حياتنا اليومية تقريبًا يحتوي على كهرضغطية”.
أشرف على البحث بشكل مشترك البروفيسور هنري سنيث (أكسفورد)، والدكتور هاري سانسوم (بريستول)، والدكتور دومينيك كوبيكي (برمنغهام)، حيث جمعوا الخبرة في المواد الجديدة، وتصميم البلورات، وتوصيف البنية على المستوى الذري.
تبلغ قيمة سوق المواد الكهرضغطية العالمية أكثر من 35 مليار دولار أمريكي، وهي مستمرة في النمو بسرعة – مدفوعة بالطلب في مجالات السيارات والرعاية الصحية والروبوتات والإلكترونيات الاستهلاكية، حيث تعد الأجهزة التي تحول الحركة إلى كهرباء أو حركة دقيقة ضرورية.
وقالت المؤلفة الرئيسية الدكتورة إستير هونغ، من قسم الفيزياء بجامعة أكسفورد والتي قادت البحث: “من خلال ضبط التفاعلات بين المكونات العضوية وغير العضوية، تمكنا من خلق عدم استقرار هيكلي دقيق يكسر التناظر بالطريقة الصحيحة.
“هذا التفاعل بين النظام والفوضى هو ما يمنح المادة استجابتها الكهرضغطية الاستثنائية. إنه نهج مختلف للكهرضغطية مقارنة بالمواد التقليدية مثل تيتانات زركونات الرصاص (PZT)، وهذا ما أدى إلى هذه التحسينات الكبيرة.”
انظر أيضا: حصلت برمنغهام يوني وباراغراف على 3.4 مليون جنيه إسترليني للبحث والتطوير في الجرافين
