الماس به دلیل مقاومت فوقالعادهاش در برابر فشار، گرما، مواد شیمیایی و سایش شناخته شده است. اما پژوهشگران دانشگاه هنگکنگ به سرپرستی پروفسور ژیچین چو (Zhiqin Chu) از گروه مهندسی برق و رایانه و پروفسور یوان لین (Yuan Lin) از گروه مهندسی مکانیک نشان دادهاند که وقتی این ماده به اندازه کافی نازک میشود، میتواند در اثر خمشدن الکتریسیته تولید کند. این کشف، یک باور دیرینه مبنیبر اینکه الماس مادهای است که نمیتواند الکتریسیته تولید کند، را زیر سؤال برده است.
پیزوالکتریک خاصیتی است که در برخی مواد مانند کوارتز دیده میشود و به آنها اجازه میدهد در اثر فشار یا خمشدن، الکتریسیته تولید کنند. از آنجا که الماس بسیار سخت و غیرقابلخمشدن است، تاکنون تصور میشد که هرگز نمیتواند این ویژگی را از خود نشان دهد. لایههای بسیار نازک الماس که از چندین بلور تشکیل شدهاند، در برابر اجسام دارای بار الکتریکی عکسالعمل نشان میدهند.
وقتی سختترین ماده خم میشود
پژوهشگران با استفاده از روش جدیدی به نام لایهبرداری از لبه، یک لایه نازک و انعطافپذیر از الماس چندبلوری ساختند. نازککردن الماس تا این حد، به این ماده سخت اجازه داد تا بهطور چشمگیری خم شود و این خمشدن، بهطور مداوم سیگنالهای الکتریکی قابلاندازهگیری تولید کرد.
برای اطمینان از اینکه این سیگنالها ناشی از عوامل محیطی یا اصطکاک نیستند، پژوهشگران لایه نازک را در شرایط مختلف و بارها خم کردند. خروجی الکتریکی پایدار و تکرارپذیر، وجود خاصیت پیزوالکتریک را در لایه نازک الماس تأیید کرد؛ این خاصیت به مواد اجازه میدهد در اثر فشار یا خمشدن، الکتریسیته تولید کنند.
مرزهای بلوری؛ جایی که برق متولد میشود
محاسبات دقیق نشان داد که این اثر عمدتاً از مرزهای بلوری ناشی میشود؛ یعنی همان جاهایی که کریستالهای الماس در لایه نازک به هم میرسند. وقتی لایه خم میشود، بار الکتریکی در امتداد این مرزها جمع میشود و اختلاف ولتاژی بین سطح بالایی و پایینی لایه نازک ایجاد میکند. اعضای گروه پژوهشی میانرشتهای به سرپرستی پروفسور ژیچین چو (نفر دوم از سمت چپ) و پروفسور یوان لین (نفر سوم از سمت چپ).
کاربردهای آینده؛ از ایمپلنتهای پزشکی تا انرژی
الماس زیستسازگار است (یعنی با بدن انسان سازگاری دارد)، پایدار و غیرسمی است. این ویژگیها آن را برای کاربردهای پزشکی و انرژی بسیار مناسب میکند؛ برای مثال، دستگاههای قابلکاشت در بدن، مانند ضربانسازها، در آینده میتوانند از لایههای نازک الماس بهعنوان حسگرهای تغییر شکل یا منابع انرژی استفاده کنند که برق لازم را از حرکت بدن تأمین کنند.
این یافتهها، کاربردهای احتمالی الماس را فراتر از نقش معمول آن بهعنوان یک ماده پشتیبان مکانیکی گسترش میدهد و میتواند به توسعه سامانههای انرژی مینیاتوری و حسگرهایی که بدون نیاز به منبع تغذیه خارجی کار میکنند، کمک کند.
