Naukowcy z Politechniki Gdańskiej pracują nad nowymi nanomateriałami piezoelektrycznymi wykorzystującymi tzw. efekt elektrostrykcji, które nie będą szkodliwe dla środowiska i będą używane m.in. przy produkcji nowej generacji biozgodnych przetworników ultradźwiękowych. Badania prowadzone są w ramach międzynarodowego projektu m-era.net, razem z partnerami z Danii i Brazylii.

Piezoelektryczność jest to proces polegający na przekształcaniu energii mechanicznej w elektryczną lub na odwrót. Chociaż na co dzień urządzenia piezoelektryczne pozostają w dużej mierze niewidoczne, wykorzystywane są w wielu urządzeniach codziennego użytku: od zapalarek piezoelektrycznych, zegarków kwarcowych, po mikrofony i głośniki. Elementy piezoelektryczne służą do pomiaru sił i naprężeń, m.in. w popularnych dziś wagach „cyfrowych”. Piezoelektryczne dwukierunkowe nadajniki/odbiorniki pracują w hydrofonach oraz jako czujniki ultrasonograficzne (USG). Zakres zastosowań piezoelektryków jest naprawdę ogromny.

Jednak o ile sama koncepcja wykorzystania zjawiska piezoelektryczności jest prosta, o tyle znalezienie materiałów piezoelektrycznych nieszkodliwych dla środowiska oraz wykazujących duży efekt piezoelektryczny, stanowi sporą przeszkodę od ponad stu lat. Od ok. 10 lat znany jest nowy efekt wykazujący podobieństwo do zjawiska piezoelektryczności: tzw. efekt elektrostrykcji. Odkryty w niespodziewanej grupie materiałów (tlenek ceru), wykazywany efekt elektromechaniczny jest znacznie większy od tradycyjnych materiałów.

Dotychczasowe materiały piezoelektryczne powszechnie stosowane najczęściej zawierają ołów, który jest szkodliwy dla środowiska i który powinien być wycofywany z rynku Unii Europejskiej. Prof. Sebastian Molin z Wydziału Elektroniki Telekomunikacji i Informatyki prowadzi badania nad nową generacją materiałów elektrostrykcyjnych, które są bezołowiowe, biokompatybilne i powstają na bazie domieszkowanego tlenku ceru.

Badania prowadzone są w ramach międzynarodowego projektu m-era.net, razem z partnerami z Danii (Technical University of Denmark, CTS Ferroperm) i Brazylii (UFABC).

– Zadaniem mojego zespołu jest wytworzenie nowych materiałów na bazie tlenku ceru o określonych właściwościach, natomiast nasi duńscy partnerzy będą badali je pod kątem ich możliwości piezoelektrycznych oraz zastosowania w praktycznych układach generacyjnych. Nasza grupa będzie stosować różne parametry syntezy materiałów, różne domieszki i modelować te materiały, by uzyskać najlepsze efekty.

Stworzenie nowych nanomateriałów na bazie domieszkowanego tlenku ceru, który jest dość tani i łatwy do pozyskania, otwiera szerokie możliwości zastosowania materiałów piezoelektrycznych m.in. do generacji ultradźwięków w szczególności do zastosowań medycznych. Narzędzia piezoelektryczne są bowiem coraz częściej stosowane np. w mikrochirurgii.

Realizacja projektu przewidziana jest na trzy lata. Projekt otrzymał dofinansowanie w wysokości 617 tys. zł w konkursie M-ERA.NET. M-ERA.NET to sieć 49 organizacji z 35 krajów europejskich wspierających badania w obszarze inżynierii materiałowej. Polskę reprezentują w niej NCN i NCBiR. W konkursie M.ERA-NET 3 Call 2022 projekt prof. Sebastiana Moilna pn. „Zdefektowane tlenki metali - nowa generacja bezołowiowych materiałów piezoelektrycznych dla przetworników ultradźwiękowych” znalazł się pierwszy na liście rankingowej oraz otrzymał dofinansowanie w wysokości 617 tysięcy złotych.