Το διαμάντι είναι γνωστό ως ένα από τα πιο ανθεκτικά υλικά, καθώς μπορεί να αντέχει σε μεγάλες πιέσεις, υψηλές θερμοκρασίες, χημικές ουσίες και έντονη φθορά. Νέα έρευνα, όμως, δείχνει ότι όταν μετατραπεί σε εξαιρετικά λεπτή μορφή και αποκτήσει τη δυνατότητα να λυγίζει, μπορεί να εμφανίσει ακόμη μία αναπάντεχη ιδιότητα: να παράγει ηλεκτρική τάση.
Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Χονγκ Κονγκ κατάφεραν να κατασκευάσουν μία ιδιαίτερα λεπτή και εύκαμπτη μεμβράνη από πολυκρυσταλλικό διαμάντι. Όταν η συγκεκριμένη μεμβράνη υποβαλλόταν σε μηχανική παραμόρφωση, παρήγαγε επαναλαμβανόμενα και σταθερά ηλεκτρικά σήματα.
Η ανακάλυψη έρχεται να αμφισβητήσει μια αντίληψη που κυριαρχούσε για περισσότερο από έναν αιώνα, σύμφωνα με την οποία το διαμάντι θεωρούνταν εκ φύσεως μη πιεζοηλεκτρικό υλικό. Ο πιεζοηλεκτρισμός είναι η ιδιότητα ορισμένων υλικών να δημιουργούν ηλεκτρικό φορτίο όταν πιέζονται, τεντώνονται ή κάμπτονται.
Πώς έγινε εύκαμπτο ένα τόσο σκληρό υλικό
Παρά τις ιδιαίτερες μηχανικές και χημικές ιδιότητές του, το διαμάντι μέχρι σήμερα χρησιμοποιούνταν κυρίως ως εξαιρετικά ανθεκτικό υπόστρωμα πάνω στο οποίο ενσωματώνονταν άλλα πιεζοηλεκτρικά υλικά.
Η ιδέα ότι το ίδιο το διαμάντι θα μπορούσε να παράγει ηλεκτρικό σήμα μέσω μηχανικής παραμόρφωσης θεωρούνταν στην πράξη εξαιρετικά δύσκολη ή ακόμη και αδύνατη.
Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μια νέα τεχνική απολέπισης προκειμένου να δημιουργήσουν μια υπέρλεπτη μεμβράνη πολυκρυσταλλικού διαμαντιού. Επειδή το υλικό είχε πλέον πολύ μικρό πάχος, μπορούσε να κάμπτεται πολύ περισσότερο σε σχέση με ένα συμβατικό κομμάτι διαμαντιού.
Κατά τη διάρκεια της κάμψης, οι ερευνητές εντόπισαν σαφή και επαναλαμβανόμενα σήματα ηλεκτρικής τάσης. Για να διαπιστώσουν ότι το φαινόμενο ήταν πραγματικό, πραγματοποίησαν σειρά δοκιμών σε διαφορετικές ελεγχόμενες συνθήκες.
Με αυτόν τον τρόπο απέκλεισαν το ενδεχόμενο οι μετρήσεις να προέρχονται από ηλεκτροστατικές παρεμβολές, τριβή ή άλλες εξωτερικές επιδράσεις. Η επαναληψιμότητα των αποτελεσμάτων έδειξε ότι η μεμβράνη παρουσίαζε πράγματι πιεζοηλεκτρική συμπεριφορά.
Το μυστικό βρίσκεται στα όρια των κρυστάλλων
Σύμφωνα με τους υπολογισμούς της ομάδας, το ηλεκτρικό φορτίο δεν δημιουργείται ομοιόμορφα σε ολόκληρο το υλικό. Η βασική πηγή του φαινομένου φαίνεται να βρίσκεται στα ασύμμετρα όρια των κόκκων.
Πρόκειται για τα σημεία στα οποία συναντώνται οι διαφορετικοί κρύσταλλοι που σχηματίζουν το πολυκρυσταλλικό διαμάντι.
Όσο περισσότερο κάμπτεται η λεπτή μεμβράνη, τόσο μεγαλύτερη ποσότητα ηλεκτρικού φορτίου συγκεντρώνεται κατά μήκος αυτών των ορίων. Η διαδικασία αυτή δημιουργεί διαφορά ηλεκτρικής τάσης ανάμεσα στην επάνω και την κάτω πλευρά της μεμβράνης.
Η ανακάλυψη, πάντως, δεν σημαίνει ότι ένα συνηθισμένο διαμάντι μπορεί να χρησιμοποιηθεί απευθείας ως πηγή ενέργειας. Η συγκεκριμένη συμπεριφορά εμφανίζεται στην εξαιρετικά λεπτή, πολυκρυσταλλική μορφή του υλικού και όταν αυτή υποβάλλεται σε μηχανική παραμόρφωση.
Προοπτικές για ιατρικά εμφυτεύματα
Οι πιθανές εφαρμογές της τεχνολογίας εντοπίζονται κυρίως στον χώρο της ιατρικής τεχνολογίας αλλά και των μικροσκοπικών ηλεκτρομηχανικών συστημάτων.
Το διαμάντι διαθέτει σημαντικά πλεονεκτήματα για τέτοιου είδους εφαρμογές, καθώς είναι βιοσυμβατό, χημικά σταθερό και μη τοξικό. Τα χαρακτηριστικά αυτά το καθιστούν ιδιαίτερα ενδιαφέρον για συσκευές που θα μπορούσαν να τοποθετηθούν μέσα στο ανθρώπινο σώμα.
Στο μέλλον, υπέρλεπτες πιεζοηλεκτρικές μεμβράνες διαμαντιού θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως αισθητήρες παραμόρφωσης σε εμφυτεύσιμες συσκευές, καταγράφοντας κινήσεις ή μεταβολές μέσα στο σώμα.
Παράλληλα, θα μπορούσαν να αξιοποιούν μικρές κινήσεις του ανθρώπινου σώματος για να παράγουν περιορισμένες ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας, συμβάλλοντας ενδεχομένως στην τροφοδοσία μικροσκοπικών αισθητήρων.
Από παθητικό υλικό σε ενεργό εξάρτημα
Η συγκεκριμένη μελέτη διευρύνει σημαντικά τις δυνατότητες αξιοποίησης του διαμαντιού. Από ένα υλικό που μέχρι σήμερα χρησιμοποιούνταν κυρίως χάρη στη σκληρότητα και την ανθεκτικότητά του, θα μπορούσε να εξελιχθεί σε ενεργό μέρος ηλεκτρονικών και ιατρικών συσκευών.
Μελλοντικά, τέτοιες μεμβράνες θα μπορούσαν όχι μόνο να ανιχνεύουν μεταβολές και μηχανικές καταπονήσεις, αλλά και να συμβάλλουν στην αυτοτροφοδότηση μικρών συσκευών χωρίς συνεχή ανάγκη εξωτερικής πηγής ενέργειας.
Το επόμενο μεγάλο ερώτημα για τους ερευνητές είναι κατά πόσο το φαινόμενο μπορεί να μεταφερθεί από το εργαστήριο σε μεγαλύτερη κλίμακα και να ενσωματωθεί με αξιόπιστο και οικονομικά βιώσιμο τρόπο σε πραγματικές τεχνολογικές εφαρμογές.
Διαβάστε ακόμη
«Σπίτι μου 3»: Το νέο σχέδιο για φθηνά στεγαστικά που πάει στη ΔΕΘ
Κτηματολόγιο: Ψηφιακό «ξεμπλοκάρισμα» για ακίνητα με λάθη στον χάρτη
Για όλες τις υπόλοιπες ειδήσεις της επικαιρότητας μπορείτε να επισκεφθείτε το Πρώτο ΘΕΜΑ
Σχολίασε εδώ
Για να σχολιάσεις, χρησιμοποίησε ένα ψευδώνυμο.