Ученые разработали способ 3D-печати улучшенных пьезоэлектрических элементов

Как правило, производство пьезоэлектрических элементов связано с высокими издержками, поскольку для него требуются сложные процедуры и стерильные условия. Кроме того, эти материалы создают из хрупких кристаллических и керамических веществ, а спектр возможных форм готовых элементов чрезвычайно ограничен.

Теперь ученые из Политехнического университета Виргинии в США разработали способ 3D-печати пьезоэлектрических элементов любого размера и формы. Новые элементы способны преобразовывать движение, удары и давление в любом направлении в электричество.

Ученые разработали модель, которая позволяет устанавливать и изменять пьезоэлектрические константы, оптимизируя характеристики материала. Этого эффекта удается добиться с помощью изменений в напечатанной на 3D-принетер топологии. Новая технология также позволяет программировать силу и направление получаемого на выходе напряжения. Одним из важных факторов в пьезоэлектрических материалах на сегодняшний день являются природные кристаллы, ориентация атомов в которых постоянна. Команда ученых представила альтернативный способ, позволяющий изменять ориентацию элементов решетчатой конструкции.

Исследователи продемонстрировали возможности 3D-печати пьезоэлектрических материалов в масштабах значительно меньше человеческого волоса. По словам ученых, новую разработку можно использовать в устройствах для сбора энергии, а также для производства элементов любой формы для различных электронных систем.

Помимо прочего, новый материал в пять раз чувствительнее гибких пьезоэлектрических полимеров. Прочность и форму материала можно изменить – элемент можно сделать в виде тонкой полоски или плотного блока. Ученые рассчитывают, что напечатанный на 3D-принтере материал можно будет применить в робототехнике, тактильных инфраструктурах, сенсорах, а также для отслеживания ударов и вибраций.