BulvárSzerző: blikk 2026. 09. 04. 6 percnyi olvasás
Több mint egy évszázados tudományos alapvetést döntöttek meg a Hongkongi Egyetem kutatói, amikor bebizonyították, hogy a gyémánt nyomás és hajlítás hatására képes elektromos feszültséget generálni. Az extrém vékony, mindössze néhány mikrométeres gyémánthártyákkal elért áttörés gyökeresen megváltoztathatja az orvosi implantátumok és a mikromechanikai eszközök jövőjét. A felfedezés révén a világ legkeményebb anyaga a passzív hordozószerkezetből aktív, önállóan áramot termelő komponenssé léphet elő.
A drágakövekről és az ipari vágószerszámokról a legtöbb embernek a rendkívüli keménység, a merevség és az elpusztíthatatlanság jut eszébe. A tudósok az 1900-as évek eleje óta megkérdőjelezhetetlen tényként kezelték, hogy a tömbös szerkezetű gyémántnak nincsenek piezoelektromos tulajdonságai, vagyis mechanikai feszültség, nyomás vagy alakváltozás hatására nem termel elektromos töltést. Ez logikus feltételezésnek tűnt, hiszen a piezohatás kiváltásához az anyagnak meg kell hajolnia vagy deformálódnia kell, amit a gyémánt kristályszerkezete alaphelyzetben nem tesz lehetővé – emlékeztetett cikkében a Popular Mechanics.
A Hongkongi Egyetem (HKU) kutatócsoportja azonban feltette a kérdést: mi történik akkor, ha a méretet a végletekig lecsökkentik? A szakemberek a Science tudományos folyóiratban publikált tanulmányukban bemutatták, miként állítottak elő ultravékony, hajlékony polikristályos gyémántmembránokat. A folyamat során mikrohullámú plazma alapú kémiai gőzfázisú leválasztást (CVD) alkalmaztak, amellyel atomról atomra növesztették a gyémántréteget egy szilícium hordozóra.
A szintetizált anyagról ezután egy mindössze tíz másodperces eljárással választották le az körülbelül egy mikrométer vastag és öt centiméter széles membránt. Az így kapott gyémántréteg már nem törékeny üvegként, hanem hajlékony hártyaként viselkedett, amit egy rugalmas hordozóra rögzítve vetettek alá mechanikai hajlítási teszteknek.
A laboratóriumi kísérletek során a kutatók egyik oldalán rögzítették a gyémánthártyát, a másik felére pedig fokozatos nyomást gyakoroltak. A mérések során kiküszöbölték a környezeti zavarokat és a dörzsölődésből fakadó (triboelektromos) hatásokat, és egyértelműen kimutatták: a hajlított gyémánt stabil és ismételhető elektromos feszültséget generál.
Ez is érdekelheti
A Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (BME) kutatói felfedezték, hogy a nitrogénnel adalékolt gyémántban nagy mágneses tér és külső optikai besugárzás hatására olyan energiaszerkezet hozható létre, amelynek koherens terahertzes sugárzása új lehetőségeket nyit többek között az orvosi diagnosztikában és a biztonsági szűrésekben.
A számítások és a mikroszkópos elemzések feltárták a meglepő jelenség okát. A polikristályos gyémántban apró kristályszemcsék találkoznak, és az ezeket elválasztó aszimmetrikus szemcsehatárok alakváltozáskor elektromos polarizációt hoznak létre. Ez az aszimmetria különbséget képez a membrán alsó és felső felülete között, ami elektromos feszültséget eredményez. A jelenség érdekessége, hogy a tökéletes egykristályos gyémántoknál egyáltalán nem lép fel, vagyis kifejezetten a belső szerkezeti határoknak köszönhető – jegyezte meg a ScienceDaily beszámolója.
Ábra: Blikk / Gemini AI
A vizsgálatok szerint a hatás az körülbelül 5 mikrométer vastag hártyáknál a legkifejezettebb. Ennél a vastagságnál 1,4 százalékos hajlítási feszültség mellett mintegy 70 millivoltos feszültséget regisztráltak. A mért feszültségi együttható elérte a 82,2 millivolt-méter/newton értéket, ami felülmúlja a hagyományosan használt piezoelektromos anyagok, például a bárium-titanát teljesítményét.
A felfedezés teljesen új távlatokat nyit a mikroelektromechanikai rendszerek (MEMS) területén. Korábban a gyémántot csak passzív vázként vagy védőrétegként használták más piezoelektromos anyagok alatt. Mostantól viszont maga a gyémánt válhat az áramfejlesztő komponenssé.
Mivel a gyémánt nem toxikus, vegyileg rendkívül stabil és biokompatibilis, a legígéretesebb felhasználási terület az orvostechnológia lehet. Az emberi testbe ültetett implantátumok – például szívritmus-szabályozók vagy intelligens szenzorok – a szívverésből vagy a mozgásból származó mechanikai energiát közvetlenül elektromossággá alakíthatják át. Ez feleslegessé teheti a rendszeres elemcsere-műtéteket. Az energiatermelésen túl a szupererős gyémántmembránok a legzordabb ipari vagy űrkutatási környezetben működő mikroszenzorokban is helyet kaphatnak.
Napi