Įtampa, nuovargis ir apkrovos ne visada yra neigiami darbo aspektai – iš tikrųjų būtent jie labiausiai sudomino Ouk Ridžo nacionalinės laboratorijos (JAV) specialistę Dženifer Forester (Jennifer Forrester).
D. Forester dirba mokslininkų grupėje, kuriai vadovauja Floridos universiteto profesorius Džeikobas Džounsas (Jacob Jones). Tyrėjai nagrinėja pjezoelektrinę keramiką. Pjezoelektriniai kristalai pasižymi tuo, kad juos paveikus mechaniniu įtempiu, šie sukuria elektrinį lauką, o paveikus išoriniu elektriniu lauku, ima keistis jų forma (atvirkštinis reiškinys).
Šios unikalios pjezoelektrikų savybės pritaikomos gaminant kasdienio naudojimo produktus, pavyzdžiui, mobiliųjų telefonų liečiamuosius ekranus, kuro purkštukus, oro pagalvių jutiklius ar uždegiklius.
„Stengiamės pagerinti pjezoelektrikų savybes: paveikti stipresniu elektriniu lauku ir gauti kuo didesnį formos pokytį, – pasakoja D. Forester. – Arba atvirkščiai: sukelti didesnį mechaninį įtempį ir gauti stipresnį elektrinį lauką. Didesni savybių pokyčiai reiškia didesnį galimų pritaikymų potencialą.“
Įprastinių pjezoelektrinių medžiagų sudėtyje yra švino, todėl dabar tyrėjai aplinkosaugos sumetimais stengiasi šio elemento atsisakyti. Viena iš galimų bešvinių alternatyvų yra natrio bismuto titanatas (NBT) – pagrindinis D. Forester atliekamų tyrimų tikslas.
Mokslininkei ir jos studentams pirmiesiems pavyko išbandyti naująją neutronų difrakcijos ir kitokių tyrimų įrangą VULCAN.
„Didelių įtempių poveikio tyrimams šis prietaisas tinka idealiai“, – pažymi tyrėja.
D. Forester ir jos komanda statinėmis apkrovomis paveikė skirtingos sudėties NBT bandinius. Pirminiai stebėjimai parodė, kad kai kurie dariniai atlaikė dvigubai didesnes apkrovas nei švino pagrindo medžiagos.
„Mes bandome išsiaiškinti, kodėl du NBT dariniai buvo maždaug penkis kartus atsparesni už kitus darinius, – teigia mokslininkė. – Mes norime žinoti, kodėl jie yra pranašesni.“
Neutronų analizė tyrėjams suteikia papildomos informacijos, leidžiančios pamatyti vos apčiuopiamus bandinių kokybės skirtumus.
„Natrio bismuto titanatas yra oksidas, o dėl skirtingų rentgeno spinduliuotės ir neutronų sklaidos faktorių oksidams neutronai įgauna didžiulį pranašumą, – tęsia pasakojimą D. Forester. – Rentgeno spinduliuotės sklaidos faktorius deguoniui yra mažas, o mums tam, kad galėtume ištirti šių medžiagų sandarą, itin svarbu išskirti tikslias deguonies atomų išsidėstymo vietas“.
Renkantis tarp rentgeno spinduliuotės ir neutronų svarbų vaidmenį vaidina ir bandinio dydis.
„Mūsų bandiniai yra stamboki, o rentgeno spinduliuotė gali įsiskverbti tik dalį bandinio, – aiškina tyrėja. – Todėl su rentgeno spinduliuote būtų sudėtinga pamatyti giluminį vaizdą, nes šie spinduliai nepajėgia įsiskverbti giliau nei į kelis paviršinius sluoksnius. Kietojo kūno paviršiaus savybės gali gerokai skirtis nuo savybių, kurios būdingos vidiniams sluoksniams.“
D. Forester rengiasi atlikti naujus eksperimentus, kurių metu panaudos naują instrumentą NOMAD, skirtą bandinių atsako į elektrinius laukus tyrimams.
