Neuer Piezokristall für tragbare Elektronik

Den mit weitem Abstand leistungsfähigsten piezoelektrischen Kristall haben Forscher an der Nanyang Technological University (NTU) entwickelt. Er ist 40 Mal flexibler als ein herkömmlicher Kristall dieser Art, wenn eine elektrische Spannung angelegt wird. Umgekehrt erzeugt er sehr viel mehr Strom, wenn er verbogen wird. Zum einen lässt er sich als Aktuator verwenden, etwa zum Öffnen und Schließen eines Ventils, zum anderen als Stromversorger von tragbaren Kleingeräten.

Eingebaut in eine Schuhsohle, erzeugt der Aktuator bei jedem Schritt Strom. Das neue Material ändert seine Form unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes um 22 Prozent. Das ist ein Quantensprung, denn herkömmliche Piezoelektrika schaffen nur 0,5 Prozent. Fan Hong Jin und sein Team modifizierten einen Kristall mit piezoelektrischen Fähigkeiten, der Kohlenstoff, Wasserstoff, Sickstoff, Cadmium und Chlor enthält, indem sie einige der Chloratome durch Brom ersetzten.

Beide sind etwa gleich groß, sodass der Austausch nicht schwierig war. Die Bromatome schwächen die Bindungen zwischen den Molekülen, sodass der daraus entstehende Kristall flexibler ist als das ursprüngliche Material. Der Prozess findet in einer Lösung statt. Die Kristalle bilden sich selbstständig, wenn die Flüssigkeit verdampft. Piezoelektrische Materialien werden unter anderem in Lautsprechern, Sensoren und Elektromotoren verwendet. In einer E-Gitarre etwa wandeln sie die Schwingungen der Saiten in elektrische Signale um, die verstärkt und in Lautsprecher eingespeist werden.

Strom für das Internet der Dinge

Der Physiker glaubt, dass die Leistung des Kristalls noch gesteigert werden kann, indem die chemische Zusammensetzung optimiert wird. Gerade im beginnenden Zeitalter des Internets der Dinge könne das Material herausragende Bedeutung erlangen. In Fabriken und Haushalten werden immer mehr Sensoren eingesetzt, die eine intelligente Steuerung und Überwachung ermöglichen. Sie könnten statt von Batterien in vielen Fällen von piezoelektrischen Kristallen mit Strom versorgt werden, die beispielsweise die Vibrationen von Maschinen in elektrischen Strom verwandeln. (pte)

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