Avec l'importance croissante des environnements sans contact en raison de COVID-19, les appareils électroniques tactiles utilisant la technologie haptique gagnent du terrain en tant que nouveaux moyens de communication.

La technologie haptique est appliquée dans un large éventail de domaines tels que la robotique ou les écrans interactifs. Les gants haptiques sont utilisés pour la technologie de communication de l'information augmentée. Des matériaux piézoélectriques efficaces capables de convertir divers stimuli mécaniques en signaux électriques et vice versa sont une condition préalable à l'avancement de la technologie haptique haute performance.

Une équipe de recherche dirigée par le professeur Seungbum Hong a confirmé le potentiel des dispositifs tactiles en développant des matériaux piézoélectriques en céramique trois fois plus déformables. Pour la fabrication de nanomatériaux hautement déformables, l'équipe de recherche a construit une nanostructure creuse en oxyde de zinc à l'aide d'un nanomotif de champ de proximité et d'un dépôt atomique en couches. Le coefficient piézoélectrique mesuré était d'environ 9,2 pm/V et le test de compression des nanopiliers a montré une limite de déformation élastique d'environ 10 %, qui est plus de trois fois supérieure à celle de l'oxyde de zinc en vrac.

Les céramiques piézoélectriques ont un coefficient piézoélectrique élevé avec une faible limite de déformation élastique, alors que l'inverse est vrai pour les polymères piézoélectriques. Par conséquent, il a été très difficile d'obtenir de bonnes performances à la fois pour des coefficients piézoélectriques élevés et des limites de déformation élastique élevées. Pour casser la limite élastique des céramiques piézoélectriques, l'équipe de recherche a introduit une nanostructure creuse en forme de treillis 3D avec des parois minces à l'échelle nanométrique.

Selon le critère de Griffith, la résistance à la rupture d'un matériau est inversement proportionnelle à la racine carrée de la taille du défaut préexistant. Cependant, un défaut important est moins susceptible de se produire dans une petite structure, lequel, à son tour, améliore la résistance du matériau. Par conséquent, la mise en œuvre de la forme d'une nanostructure creuse en forme de treillis 3D avec des parois minces à l'échelle nanométrique peut étendre la limite élastique du matériau. Par ailleurs, une structure 3D monolithique peut résister à de grandes contraintes dans toutes les directions tout en empêchant simultanément la perte du goulot d'étranglement. Précédemment, la propriété de fracture des matériaux céramiques piézoélectriques était difficile à contrôler, en raison de la grande variation de la taille des fissures. Cependant, l'équipe de recherche a limité structurellement la taille des fissures pour gérer les propriétés de rupture.

Les résultats du professeur Hong démontrent le potentiel de développement de matériaux piézoélectriques céramiques hautement déformables en améliorant la limite élastique à l'aide d'une nanostructure creuse en 3D. Étant donné que l'oxyde de zinc a un coefficient piézoélectrique relativement faible par rapport aux autres matériaux céramiques piézoélectriques, l'application de la structure proposée à de tels composants promettait de meilleurs résultats en termes d'activité piézoélectrique.

"Avec l'avènement de l'ère sans contact, l'importance de la communication émotionnelle augmente. Grâce au développement de nouvelles technologies d'interaction tactile, en plus de la communication visuelle et auditive actuelle, l'humanité entrera dans une nouvelle ère où elle pourra communiquer avec n'importe qui en utilisant ses cinq sens, quel que soit l'endroit où elle se trouve, comme si elle était avec elle en personne, " dit le professeur Hong.

« Alors que des recherches supplémentaires doivent être menées pour réaliser l'application des conceptions proposées pour les dispositifs d'amélioration haptique, cette étude a une grande valeur car elle résout l'un des problèmes les plus difficiles dans l'utilisation des céramiques piézoélectriques, ouvrant notamment de nouvelles possibilités d'application en s'affranchissant de leurs contraintes mécaniques.