Membrane ultrasottili di diamante generano tensione elettrica quando vengono piegate

I ricercatori dell’Università di Hong Kong hanno dimostrato che membrane ultrasottili e flessibili di diamante policristallino producono una tensione elettrica misurabile quando vengono piegate. Il risultato, ripetibile, ribalta la convinzione risalente a un secolo fa secondo cui il diamante non sarebbe piezoelettrico, ossia non potrebbe trasformare una deformazione meccanica in una risposta elettrica.

Il gruppo ha reso flessibile il diamante, normalmente rigido, separando da un substrato membrane spesse solo pochi micrometri. Negli esperimenti controllati, la tensione si è manifestata regolarmente durante flessioni ripetute. I ricercatori hanno effettuato test per rilevare eventuali interferenze ambientali e fenomeni di triboelettricità, ossia la carica che può generarsi quando le superfici si toccano o sfregano, rafforzando le evidenze che il segnale provenisse dalla membrana stessa. Una membrana spessa circa 5 micrometri ha generato circa 70 millivolt con una deformazione a flessione dell’1,4%, mentre i campioni hanno mantenuto una risposta anche per oltre 7.000 cicli a una deformazione inferiore.

I calcoli suggeriscono che l’effetto derivi dall’asimmetria ai bordi dei grani, dove si incontrano i numerosi minuscoli cristalli di diamante della membrana. La flessione modifica la distribuzione della carica elettrica attorno a questi bordi, creando una differenza di potenziale attraverso il materiale.

La tensione prodotta è modesta e i comuni diamanti non possono sostituire le batterie. Per realizzare dispositivi utilizzabili saranno necessari ulteriori lavori su efficienza, produzione e integrazione. Tuttavia, la resistenza, la stabilità chimica e la biocompatibilità del diamante potrebbero rendere queste membrane utili per futuri sensori autoalimentati, dispositivi miniaturizzati di raccolta dell’energia o dispositivi impiantabili che ricavano segnali o piccole quantità di energia dal movimento.