Dijamant je poznat kao jedan od najtvrđih prirodnih materijala, odličan provodnik toplote i izuzetno stabilna kristalna struktura. Upravo ta pravilnost dugo je bila razlog zbog kojeg se nije očekivalo da može da bude piezoelektričan, odnosno da pri mehaničkom savijanju proizvede električni napon. Piezoelektrični materijali moraju imati određenu asimetriju u rasporedu električnog naboja, dok idealna kristalna rešetka dijamanta tu osobinu nema. Zbog toga su generacije inženjera dijamant koristile kao vrlo kvalitetan pasivni materijal, ali ne kao aktivan izvor električnog signala. Sada se pokazalo da se pravilo menja kada dijamant postane ekstremno tanak. Naučnici Univerziteta u Hongkongu proizveli su savitljive polikristalne dijamantske membrane i ustanovili da one pri deformaciji stvaraju stabilan i ponovljiv električni napon. ScienceDaily je 31. avgusta preneo rezultate rada koji menja više od jednog veka ustaljenog pogleda na električne osobine dijamanta.
Trik se krije u činjenici da membrana nije napravljena od jednog savršenog kristala. U polikristalnom dijamantu postoji veliki broj veoma sitnih kristalnih zrna, a između njih se nalaze granice na kojima atomski raspored više nije potpuno simetričan. Kada je materijal dovoljno debeo i krut, njihov zbirni efekat praktično se gubi. Međutim, kada se dijamantski sloj smanji na veoma malu debljinu i postane fleksibilan, savijanje pojačava električnu asimetriju na tim granicama. Računarski proračuni istraživača pokazali su da se upravo tamo pri deformaciji akumulira polarizacija naboja. Gornja i donja površina membrane tako dobijaju različit električni potencijal, što se može izmeriti kao napon. Tim je ponavljao mehaničke cikluse i posebno proveravao da rezultat nije posledica trenja ili nekog spoljašnjeg električnog efekta.
Moguća primena posebno je zanimljiva zato što dijamant kombinuje osobine koje je teško pronaći u jednom materijalu. Hemijski je veoma stabilan, može da podnese visoke temperature, odličan je za odvođenje toplote i dobro se podnosi sa biološkim tkivom. Ultratanak piezoelektrični dijamant jednog dana bi zato mogao da posluži kao senzor koji sam proizvodi signal kada se savije ili pritisne. U medicinskim implantima mikroskopske membrane mogle bi da registruju pokrete, pritisak ili vibracije bez velikog spoljnog izvora energije. U industriji bi slični senzori mogli da rade u sredinama u kojima klasični piezoelektrični materijali ne podnose visoku temperaturu ili agresivnu hemiju. Istraživači pominju i mikroenergetske sisteme u kojima bi male mehaničke vibracije iz okruženja bile pretvarane u električnu energiju.
Naravno, naslov „dijamant proizvodi struju“ ne znači da će komad nakita napuniti telefon ako ga malo savijemo. Efekat se javlja u specifično pripremljenim ultratankim membranama i količine energije su prilagođene mikrosenzorima, a ne velikim potrošačima. Ipak, upravo takve promene svojstava pri smanjivanju materijala predstavljaju jednu od najvažnijih tema moderne tehnologije. Materijal koji u običnom komadu ima jednu osobinu može na nano- ili mikroskali početi da radi nešto potpuno drugačije. Dijamant je vekovima simbol nečega tvrdog, nepokretnog i gotovo neuništivog. Ispostavlja se da, kada ga napravimo dovoljno tankim da može da se savija, upravo ta deformacija otključava funkciju za koju smo dugo mislili da je fizički nema.
S.B.
