Les scientifiques à la recherche de matériaux sans plomb à utiliser dans les capteurs, les actionneurs et les moteurs à ultrasons ont récemment concentré leurs efforts sur un type de céramique communément appelé BCZT. De nouvelles recherches menées par des physiciens de l'Université de l'Arkansas mettent en lumière le fonctionnement de ce matériau, fournir des informations qui peuvent également conduire au développement d'autres matériaux sans plomb.

La recherche d'une alternative sans plomb qui génère une forte réponse piézoélectrique - la conversion de l'énergie mécanique en énergie électrique, et vice versa - à température ambiante est, en partie, en raison des restrictions sur les substances dangereuses dans les équipements électriques et électroniques. BCZT, une abréviation du composé chimique titanate de zirconate de baryum et de calcium, s'est montré prometteur, mais à ce jour, les scientifiques n'ont pas entièrement compris pourquoi.

« Au BCZT, un matériau sans plomb, la réponse piézoélectrique a été mesurée comme étant très importante alors que l'origine microscopique de l'effet restait un sujet de débat, ", a déclaré Yousra Nahas, associé de recherche à l'U of A. "Il est devenu important de dévoiler l'origine de l'effet afin de mieux adapter les propriétés de ce matériau aux défis technologiques."

Dans un article publié le 20 juin dans la revue Communication Nature , Nahas, chercheurs de l'U d'A, Alireza Akbarzadeh, Sergueï Prosandeev et Raymond Walter, avec le professeur émérite de physique Laurent Bellaiche, a créé un modèle au niveau atomique du matériau BCZT pour percer ses secrets piézoélectriques. Ils ont déterminé que sa réponse piézoélectrique provient d'une structure qui permet des fluctuations plus faciles de la polarisation sur une fenêtre de température étroite autour de la température ambiante.

En plus de fournir une meilleure compréhension du fonctionnement du BCZT, les résultats peuvent ouvrir la voie à la création d'autres substances piézoélectriques sans plomb en mélangeant des matériaux avec des caractéristiques souhaitables.