ความโปร่งใสที่ค้นพบในผลึกที่มีความเพียโซอิเล็กทริกสูงมาก

“มีรายงานว่าการใช้ฟิลด์ AC สามารถปรับปรุงการตอบสนองของ piezoelectric อย่างมีนัยสำคัญ – ยกตัวอย่างเช่น 20% ถึง 40% – ผ่านเขต DC และการปรับปรุงได้รับการอ้างถึงขนาด ferroelectric ภายในโดเมนที่เล็กลงซึ่งเป็นผลมาจาก รอบของสาขา AC “Long-Qing Chen, Hamer ศาสตราจารย์วิทยาศาสตร์และวิศวกรรมวัสดุศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์และกลศาสตร์วิศวกรรมและศาสตราจารย์คณิตศาสตร์ที่ Penn State กล่าว “ประมาณสามปีที่ผ่านมาดร. เฟยหลี่จากนั้นผู้ร่วมงานวิจัยที่สถาบันวิจัยวัสดุแห่งรัฐเพนน์สเตตยืนยันอย่างมากว่าการปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานของ piezoelectric จากการใช้งานสนามไฟฟ้ากระแสสลับอย่างไรก็ตามมันไม่ชัดเจนเลยว่าโดเมนเฟอร์โรอิเล็กทริกภายใน วิวัฒนาการในช่วงวงจร AC

“กลุ่มของเราทำแบบจำลองคอมพิวเตอร์เป็นส่วนใหญ่และมากกว่าหนึ่งปีที่ผ่านมาเราเริ่มมองว่าเกิดอะไรขึ้นกับโครงสร้างโดเมนภายในถ้าเราใช้ฟิลด์ AC กับคริสตัลเฟอร์โรอิเล็กทริกแบบ piezoelectric เราอยากรู้ว่าโครงสร้างโดเมนวิวัฒนาการในช่วงรอบ AC อย่างไร การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์และการคำนวณเชิงทฤษฎีของเราแสดงการตอบสนองของเพียโซอิเล็กทริกที่ดีขึ้น แต่การจำลองของเรายังแสดงให้เห็นว่าขนาดโดเมน ferroelectric มีขนาดใหญ่ขึ้นจริงในระหว่างรอบ AC แทนที่จะเป็นขนาดเล็กกว่า

วัสดุ Piezoelectric สร้างประจุไฟฟ้าเมื่อใช้แรงเชิงกลและเปลี่ยนรูปหรือเปลี่ยนรูปร่างเมื่อใช้สนามไฟฟ้า นักวิจัยได้ตรวจสอบตะกั่วแมกนีเซียมไนโอเบต – ตะกั่วไททาเนต – PMN-PT – วัสดุ piezoelectric ที่มีขายทั่วไป ผลการคำนวณเป็นสิ่งที่คาดไม่ถึงเพราะคนส่วนใหญ่ในชุมชน piezoelectric เชื่อว่ายิ่งโดเมนเล็กลงเท่าไร

โดเมนภายในคริสตัลเป็นพื้นที่ที่ไดโพลไฟฟ้าหรือโพลาไรซ์ไฟฟ้าจัดตัวเองไปในทิศทางเดียวกัน ก่อนการจัดแนวไดโพลหรือโพลาไรซ์ของคริสตัล PMN-PT โดยใช้สนามไฟฟ้ามีโดเมนขนาดเล็กจำนวนมากที่มีโพลาไรซ์ตามทิศทางต่างกัน เนื่องจากวัฏจักรของสนามไฟฟ้ากระแสสลับถูกนำไปใช้กับคริสตัลจึงทำให้โดเมนมีการปรับแนวใหม่มากขึ้นเรื่อย ๆ หลังจากหลายรอบ AC โดเมนมีขนาดใหญ่และเป็นเลเยอร์

“ผลการจำลองมีความขัดแย้งกับรายงานในวรรณคดี” เฉินกล่าว “ เราต้องขุดลึกลงไปเพื่อดูว่าความจริงเห็นด้วยกับผลการจำลองของเราหรือไม่

นักวิจัยที่มหาวิทยาลัยซีอานเจี่ยตงในประเทศจีนได้พัฒนาผลึก PMN-PT ของตนเองขึ้นมาและตรวจสอบการกำหนดค่าโดเมนในตัวอย่างของพวกเขาอย่างระมัดระวังโดยใช้เทคนิคการศึกษาลักษณะเฉพาะต่าง ๆ ภายใต้สภาพการปั่นจักรยานกระแสสลับ พวกเขายืนยันการคาดการณ์การคำนวณจาก Penn State ว่าโดเมนมีขนาดใหญ่ขึ้นในระหว่างรอบ AC

ขนาดโดเมนที่ใหญ่ขึ้นและโครงสร้างโดเมนของเลเยอร์เฉพาะยังแนะนำว่ารังสีของแสงที่แสดงบนคริสตัลจะไม่ถูกขัดขวางและส่องผ่าน – คริสตัลนั้นจะโปร่งใส คริสตัลไม่เพียง แต่มีความเพียโซอิเล็กทริกสูงมาก แต่ยังมีความโปร่งใสสูงหลังจากพื้นผิวของมันถูกขัดเงาอย่างระมัดระวัง ในอดีตคริสตัลเช่นนี้เป็นสีทึบเสมอ

แบบจำลอง ‘หลอมละลายหิน’ ทำนายการกำเนิดทางกลของการเกิดแผ่นดินไหว

Hadrien Rattez นักวิทยาศาสตร์การวิจัยทางวิศวกรรมโยธาและสิ่งแวดล้อมของ Duke กล่าวว่า“ แผ่นดินไหวเกิดขึ้นตามรอยเลื่อนใต้ดินที่ซึ่งสภาวะรุนแรงสามารถทำให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมีและการเปลี่ยนเฟสที่ส่งผลกระทบต่อแรงเสียดทานระหว่างหินในขณะที่เคลื่อนที่ต่อกัน” Hadrien Rattez “แบบจำลองของเราเป็นครั้งแรกที่สามารถสร้างซ้ำได้อย่างแม่นยำว่าปริมาณของแรงเสียดทานลดลงอย่างไรเมื่อความเร็วของการเลื่อนหลุดของหินเพิ่มขึ้นและปรากฏการณ์เชิงกลเหล่านี้ทั้งหมดถูกปลดปล่อยออกมา”

เป็นเวลาสามทศวรรษที่นักวิจัยได้สร้างเครื่องจักรเพื่อจำลองเงื่อนไขของความผิดพลาดโดยการผลักและบิดแผ่นหินสองแผ่นต่อกัน การทดลองเหล่านี้สามารถเข้าถึงแรงกดดันสูงถึง 1,450 ปอนด์ต่อตารางนิ้วและความเร็วหนึ่งเมตรต่อวินาทีซึ่งเป็นหินใต้ดินที่เร็วที่สุดที่สามารถเดินทางได้ สำหรับจุดอ้างอิงทางธรณีวิทยาแผ่นเปลือกโลกแปซิฟิกจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วประมาณ 0.00000000073 เมตรต่อวินาที

“ ในแง่ของการเคลื่อนไหวภาคพื้นดินความเร็วเหล่านี้ประมาณ 1 เมตรต่อวินาทีนั้นเร็วอย่างไม่น่าเชื่อ” Manolis Veveakis ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมโยธาและสิ่งแวดล้อมของ Duke กล่าว “และจำไว้ว่าความเสียดทานมีความหมายเหมือนกันกับความต้านทานดังนั้นหากความต้านทานลดลงถึงศูนย์วัตถุจะเคลื่อนที่อย่างกะทันหันนี่คือแผ่นดินไหว”

ในการทดลองเหล่านี้พื้นผิวของหินจะเริ่มกลายเป็นเจลหรือละลายทำให้ลดค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานระหว่างพวกมันและทำให้การเคลื่อนที่ง่ายขึ้น เป็นที่ทราบกันดีว่าเมื่อความเร็วของหินเหล่านี้สัมพันธ์กันเพิ่มขึ้นเป็นหนึ่งเมตรต่อวินาทีความเสียดทานระหว่างพวกมันจะลดลงราวกับก้อนหินคุณอาจบอกว่าไม่ว่าจะเป็นประเภทใด แต่จนถึงขณะนี้ยังไม่มีใครสร้างแบบจำลองที่สามารถจำลองพฤติกรรมเหล่านี้ได้อย่างถูกต้อง

ในกระดาษ Rattez และ Veveakis อธิบายแบบจำลองการคำนวณที่คำนึงถึงสมดุลพลังงานของกระบวนการเชิงกลที่ซับซ้อนทั้งหมดที่เกิดขึ้นระหว่างการเคลื่อนย้ายข้อบกพร่อง พวกเขารวมกลไกการอ่อนตัวที่เกิดจากความร้อนที่พบได้ทั่วไปกับหินทุกประเภทเช่นการสลายตัวของแร่ธาตุการหล่อลื่นอนุภาคนาโนและการหลอมเหลวเมื่อหินผ่านการเปลี่ยนเฟส

หลังจากใช้การจำลองทั้งหมดนักวิจัยพบว่าแบบจำลองใหม่ของพวกเขาทำนายการลดลงของแรงเสียดทานที่สัมพันธ์กับความเร็วความผิดปกติทั้งหมดจากการทดลองกับหินทุกประเภทที่มีอยู่รวมถึง Halite, silicate และ quartz