Un team internazionale di scienziati con la partecipazione dell'Università di Göttingen, l'Istituto Indiano di Scienze, Bangalore, Università statale della Pennsylvania, e la Wright State University ha misurato la meccanica di minuscole ceramiche cristalline. I materiali sono fatti di atomi, e se sono organizzati periodicamente, sono chiamate strutture cristalline. Se la dimensione di queste strutture cristalline è 1, 000 volte più piccolo del diametro di un singolo capello umano, poi si chiamano nanostrutture come nano-barre, nano-fili, nano-nastri, nano-cinture ecc. In alcuni casi, speciali disposizioni atomiche consentono loro di convertire l'energia meccanica in energia elettrica. Questi materiali sono chiamati materiali piezoelettrici. Sono utili per la raccolta di energia e una varietà di gadget elettromeccanici per migliorare la qualità della vita. Quindi, è importante avere una presa su queste nanostrutture e misurare le loro risposte meccaniche. Fino ad ora, non era noto che il comportamento meccanico dei nanocristalli piezoelettrici contenenti difetti atomici fosse diverso da quello puro. Questo recente studio è riportato sulla rivista Nano lettere .

In natura, i cristalli non sono mai perfetti al 100%, e presentano vari tipi di difetti strutturali. Un tale tipo di difetto è un errore di impilamento. Questo è considerato un difetto strutturale. In un errore di impilamento, una pila di disposizioni periodiche di atomi nei cristalli viene aggiunta o mancante. Dott.ssa Kasra Momeni, Direttore di Advanced Hierarchical Materials by Design Laboratory e membro della facoltà di Mechanical Engineering presso la Louisiana Tech University, elabora che la presenza di difetti strutturali, inclusi i difetti di accatastamento, può alterare significativamente la distribuzione delle sollecitazioni. Ciò è dovuto alla complessa interazione tra i campi di stress da faglie di impilamento e quelli dai bordi liberi delle nano-barre, che possono alterare il meccanismo di guasto dei nanorod con difetti di impilamento rispetto a quelli perfetti.

"Poiché la raccolta di energia è uno dei requisiti chiave nell'era di oggi, convertire le forze meccaniche in una forma utile di energia, cioè uscita elettrica, è un'alternativa ad altre modalità di trasduzione dell'energia, nonché un approccio efficiente. Esistono diverse ceramiche cristalline che convertono l'energia meccanica in energia elettrica. Abbiamo introdotto un nuovo concetto secondo cui la meccanica di queste minuscole strutture in ceramica cristallina dipende da difetti atomici. Per esempio, possono collassare e le loro proprietà meccaniche non sono quelle previste. La considerazione di questi fatti ci consentirà di progettare dispositivi per la raccolta di energia da strutture così minuscole, " spiega il dottor Moumita Ghosh, scienziato leader di questa ricerca presso l'Università di Göttingen ed ex ricercatore di dottorato dell'Indian Institute of Science, Bangalore.

La nuova scoperta rivela un know-how non intuitivo dei difetti in termini di meccanica a bassa dimensione. L'ingegneria dei difetti nei nanomateriali piezoelettrici in futuro ci consentirà di realizzare vari sistemi di raccolta dell'energia basati sulle vibrazioni di alta qualità ed economici, nonché dispositivi elettromeccanici per la ricerca biomedica, diagnostica, e applicazioni elettroniche.