Алмазные мембраны толщиной 1 мкм генерируют ток при изгибе

Исследователи из Гонконгского университета обнаружили пьезоэлектрический эффект в ультратонких алмазных мембранах. До этого алмаз считался материалом, неспособным генерировать электричество при механической деформации.

Учёные создали поликристаллическую алмазную плёнку толщиной 1 микрометр и шириной 5,08 см. Такая мембрана сохраняет гибкость и выдерживает изгиб без разрушения. При механическом воздействии материал генерирует стабильные электрические сигналы. Эксперименты проводились в различных условиях для исключения внешних помех и артефактов от контакта с измерительным оборудованием.

Пьезоэлектричество (преобразование механического давления в электрический заряд) возникает на границах между микрокристаллами в структуре мембраны. В этих зонах атомная решётка неоднородна и отличается от регулярной структуры. При деформации там накапливается электрическая поляризация. Разница потенциалов формируется между двумя противоположными сторонами плёнки.

Механизм отличается от работы классических пьезоматериалов. Монокристаллический алмаз с идеальной структурой такого эффекта не даёт. Поликристаллическая форма меняет физику материала благодаря асимметрии на границах зёрен. При этом алмаз сохраняет базовые свойства: твёрдость, износостойкость и термостабильность.

Материал может найти применение в датчиках для экстремальных условий. Алмаз выдерживает высокие температуры, химическую агрессию и механический износ. Команда указывает на перспективы в медицинских имплантатах. Биосовместимость и химическая инертность делают мембраны подходящими для работы внутри организма.

Обычный монокристаллический алмаз не проявляет пьезоэлектрических свойств из-за симметричной кристаллической структуры. Поликристаллический материал обходит это ограничение. Следующий этап — проверка долговечности эффекта и отработка технологии массового производства. Исследование открывает путь для создания автономных микроустройств, способных работать без внешнего источника питания.