Исследователи Гонконгского университета выяснили, что сверхтонкие и гибкие алмазные мембраны способны создавать измеримый пьезоэлектрический отклик. Это ставит под сомнение представление, существовавшее более 100 лет, согласно которому алмаз не может вырабатывать напряжение при механической деформации. Работу возглавили профессор Чжицинь Чу с кафедры электротехники и вычислительной техники и профессор Юань Линь с кафедры машиностроения.
С начала XX века алмаз относили к непьезоэлектрическим материалам. Несмотря на высокую прочность, твердость, теплопроводность и химическую устойчивость, в микроэлектромеханических системах его обычно использовали только как конструкционную основу для других материалов. О результатах исследования сообщил ScienceDaily.
Ученые применили метод краевого расслоения, чтобы получить сверхтонкую гибкую мембрану из поликристаллического алмаза. Такая форма позволила материалу изгибаться значительно сильнее, чем обычному объемному алмазу. При намеренном сгибании мембраны специалисты зафиксировали устойчивые сигналы напряжения.
Команда провела серию механических испытаний в контролируемых условиях, чтобы исключить внешние помехи и трибоэлектрический эффект, возникающий при соприкосновении или трении поверхностей. Напряжение появлялось регулярно при повторных циклах деформации. Это подтвердило, что пьезоэлектрический отклик формируется непосредственно в алмазной мембране.
Расчеты показали, что причиной эффекта может быть асимметрия на границах зерен внутри поликристаллического материала. При изгибе вокруг этих участков накапливается поляризация электрического заряда, создающая разность потенциалов между верхней и нижней сторонами мембраны. В перспективе такие мембраны могут применяться в имплантируемых медицинских устройствах, датчиках деформации и автономных микроэнергетических системах.