Une équipe internationale de scientifiques avec la participation de l'Université de Göttingen, l'Institut indien des sciences, Bangalore, Université d'État de Pennsylvanie, et la Wright State University a mesuré la mécanique de minuscules céramiques cristallines. Les matériaux sont constitués d'atomes, et s'ils sont organisés périodiquement, on les appelle des structures cristallines. Si la taille de ces structures cristallines est 1, 000 fois plus petit qu'un seul diamètre de cheveux humains, on les appelle alors des nano-structures telles que des nano-tiges, nano-fils, nano-rubans, nano-ceintures etc. Dans certains cas, des dispositions atomiques spéciales leur permettent de convertir l'énergie mécanique en énergie électrique. Ces matériaux sont appelés matériaux piézoélectriques. Ils sont utiles pour la récupération d'énergie ainsi qu'une variété de gadgets électromécaniques pour améliorer la qualité de vie. D'où, il est important de maîtriser ces nano-structures et de mesurer leurs réponses mécaniques. Jusqu'à maintenant, il était inconnu que le comportement mécanique des nanocristaux piézoélectriques contenant des défauts atomiques soit différent de celui pur. Cette étude récente est publiée dans la revue Lettres nano .

Dans la nature, les cristaux ne sont jamais parfaits à 100 pour cent, et ils ont divers types de défauts structurels. Un de ces types de défauts est un défaut d'empilement. Ceci est considéré comme un défaut structurel. Dans un défaut d'empilement, une pile d'arrangements périodiques d'atomes dans des cristaux est ajoutée ou manquante. Dr Kasra Momeni, Directeur de Advanced Hierarchical Materials by Design Laboratory et membre du corps professoral de génie mécanique à la Louisiana Tech University, précise que la présence de défauts structurels, y compris les défauts d'empilement, peut modifier considérablement la répartition des contraintes. Ceci est dû à l'interaction complexe entre les champs de contraintes des failles d'empilement et ceux des frontières libres des nano-tiges, ce qui peut altérer le mécanisme de défaillance des nanotiges avec des défauts d'empilement par rapport aux parfaits.

« Comme la récupération d'énergie est l'une des exigences clés à l'ère d'aujourd'hui, convertir les forces mécaniques en une forme d'énergie utile, c'est-à-dire la puissance électrique, est une alternative aux autres modes de transduction énergétique ainsi qu'une approche efficace. Il existe plusieurs céramiques cristallines qui convertissent l'énergie mécanique en énergie électrique. Nous avons introduit un nouveau concept selon lequel la mécanique de ces minuscules structures céramiques cristallines dépend des défauts atomiques. Par exemple, ils peuvent s'effondrer et leurs propriétés mécaniques ne sont pas celles attendues. La prise en compte de ces faits nous permettra de concevoir des dispositifs de récupération d'énergie à partir de structures aussi minuscules, " explique le Dr Moumita Ghosh, scientifique principal de cette recherche de l'Université de Göttingen et ancien chercheur doctorant de l'Indian Institute of Science, Bangalore.

Le nouveau constat révèle un savoir-faire non intuitif des défauts en termes de mécanique à basse dimension. L'ingénierie des défauts dans les nanomatériaux piézoélectriques nous permettra à l'avenir de réaliser diverses récupérations d'énergie basées sur les vibrations de haute qualité et rentables ainsi que des dispositifs électromécaniques pour la recherche biomédicale, Diagnostique, et les applications électroniques.