Nowa metoda tworzenia kryształów

Nowa metoda tworzenia kryształów

Na Uniwersytecie Stanowym New Jersey, została opracowana nowa technika wytwarzania cienkich, krystalicznych materiałów dla urządzeń elektronicznych. Technologia ta może uzupełniać aktualne metody hodowania kryształów wraz z dodatkowymi korzyściami w postaci rozmiarów i kształtów dzisiaj nieosiągalnych.

W poprzednim wydaniu magazynu American Chemical Society, naukowcy z Rutgers i ich współpracownicy z Ceramare Corporation oraz z University of California, Berkeley donosili, że udało im się zespolić tysiące pojedynczych ziaren krystalicznych w jedną ciasno upakowaną warstwę.

Rezultatem jest uporządkowana macierz cząstek skutecznie naśladująca tradycyjny wafel krystaliczny, bez takich nakładów czasowo – kosztowych, jak tradycyjne wyciąganie kryształów, oraz późniejsza obróbka przez cięcie na cienkie plastry.

„Materiały które stworzyliśmy w naszym laboratorium to most pomiędzy monokrystalicznymi materiałami z ich precyzyjną strukturą atomową i ceramiką, której atomy są poukładane dosyć chaotycznie”, stwierdził Richard Riman, profesor ceramiki i inżynierii materiałowej. „Nazwaliśmy je ‘niby monokrystalicznymi’ materiałami gdyż posiadają cechy prawdziwych materiałów monokrystalicznych, ale uzyskuje je się technikami zapożyczonymi z technologii ceramiki, więc jest nadzieja na produkowanie ich tanio, i w dużych ilościach oraz wysokiej jakości”.

Riman i jego koledzy kontynuują swoje badania nad związkami ołowiu cyrkonu i tytanu (PZT) które są używane w czujnikach ruchu, kondensatorach oraz nawet w systemach tłumienia drgań w wysokiej klasy nartach i rakietach tenisowych. PZT udowodniły, że jest prawie niemożliwe utworzenie pojedynczego kryształu z tych polikrystalicznych związków, co poważnie limituje ich zastosowania. Najbardziej zaawansowane techniki nie pozwalały na wytworzenie kryształów większych niż jedna czwarta cala (około 6mm). Wiele zastosowań w czujnikach, obrazowaniu, urządzeniach gromadzących energię wydaje się możliwa jeżeli ten materiał uda się produkować wielu kształtach i rozmiarach oraz o ile uda się uporządkować jego strukturę atomową.

Zespół z Rutgers stworzył cząstki PZT przy zastosowaniu chemicznych procesów, przez wytworzenie jednakowych sześcianów o rozmiarze pomiędzy 2 a 3 mikrony. Zespół utworzył z nich zawiesinę w mieszaninie alkoholu i oleju mineralnego i umieścił krople tej zawiesiny na powierzchni wody. Liczne siły w tym napięcia powierzchniowego wody uporządkowały sześciany w gęstą warstwę na podłożu szklanym, co pozwoliło wytworzyć cienką warstwę pseudo krystalicznego PZT.

Używając mikroskopu sił atomowych, naukowcy zmierzyli właściwości piezoelektryczne, oraz zdolność generacji drgań elektrycznych w warstwie PZT. Odkryli, że właściwości te są porównywalne z tymi otrzymanymi w monokrystalicznej formie materiału. Dalsze prace będą konieczne, aby ta procedura produkcyjna mogła zostać wdrożona w przemyśle, niemniej badania sugerują, że będzie możliwe otrzymywanie dowolnych kształtów tych pseudo kryształów.