مادة ذكية
لمحة تاريخية عن المواد الكهروضغطية، سبائك ذاكرة الشكل والبوليمرات الكهربية النشطة

قصة هذه المواد تبدأ في القرن التاسع عشر عندما اكتشف الأخوين بيار كوري وجاك كوري ان عدة مواد طبيعية بما فيها الكوارتز وملح روشيل، تعرض خواص مثيرة للاهتمام. أظهر كوري انه تم إنتاج طاقة كهربية عندما تم فرض ضغط على المواد الميكانيكية. اظهروا هذا الربط عن طريق قياس الشحنة الناجمة عبر اقطاب كهربية تم وضعها على المواد عندما خضعت لتشكل معين. تدل على ان لها تأثير كهروضغطي. بعد عدة سنوات تبين ان المواد الكهروضغطية اظهرت خواص متبادلة، وهي انه قد استحث حدوث ضغطا ميكانيكيا عندما تم تطبيق إشارة كهربية على المادة.
وكان الازدواج الكهروميكانيكي الذي تم اكتشافه من قبل كوري مثيرا للاهتمام ولكن للأسف ليس مفيد جدا، ويرجع ذلك إلى حقيقة ان كمية الإشارة الكهربائية التي ينتجها التشوه الميكانيكي كانت صغيرة جدا في العصر الحديث، حيث سوف نطلق عليه توصيل ضعيف مقارنةً بما كان عليه من مواد أخرى. كانت جدوى هذه المادة الجديدة محدودة جدا لان اجهزة قياس الناتج الكهربائي أو الميكانيكي لم تكن موجودة في هذا الوقت. تزايد الاهتمام بالمواد الكهروضغطية في اوائل القرن العشرين ويرجع ذلك إلى بداية الحرب العالمية الأولى وتطوير وسائل جديده للحرب. وكانت الغواصة هي السلاح الوحيد الذي اكتسب شهرة خلال الحرب والتي كانت تستخدم على نحو فعال جدا ضد بريطانيا العظمى في محاولة لتدمير طرق التجارة التي زودتها، وقام رجل فرنسي بتطوير جهاز تحت الماء، واستخدم المحول الذي به الكرستالة الكهورضغطية لإنتاج إشارة ميكانيكية وقياس ردها الكهربائي كوسيلة لتحديد الغواصات. وكان هذا العمل هو اساس السونار واصبح واحدا من التطبيقات الهندسية الأولى للتأثيرات الكهروضغطية التي تم اكتشافها في اواخر القرت التاسع عشر.
حفزت الحرب العالمية الثانية تقدما أكثر حتى في المواد الكهروضغطية وفي الاجهزة. بالإضافة إلى تحسينات في السونار، وبدأت التطورات في مجال الاكترونيات لتحفيز استخدام المواد الكهروضغطية كما في المذبذبات الاكترونية والفلاتر. الحاجة إلى مواد كهروضغطية أفضل كانت هي الدافع وراء تطوير المواد الاصطناعية التي اظهرت الخصائص الكهروضغطية.
وكان تيتانات الباريوم قبل المواد الكهروضغطية والتي كان لها خواص كهروضغطية وحرارية مما جعلها تتفوق على بللورات الكوارتز. التقدم في مجال المواد الكهروضغطية الاصطناعية ادى إلى استخدامها في المرشحات الخزفية للإتصالات والإذاعة، فضلا عن التطبيقات الأخرى، مثل خراطيش الفوتوجراف في تسجيل اللاعبين.
في نفس الوقت فانه يتم إجراء تطورات لاحراز تقدم في الاجهزة الكهرضغطية، ويجري تنفيذ البحوث الأساسية على سبائك ذاكرة الشكل والبوليمرات الكهربية النشطة. التطويرات الأولى للمواد التي اظهرت حدث هام هي ذاكرة الشكل وكان بشكل قوى في عام 1965 في مختبر المعدات الحربية البحرية في الولايات المتحدة الإمريكية. مجموعة من الباحثين اثبتوا ان سبيكة من النيكل والتيتانيوم قد اظهرت خصائص هامة لذاكرة الشكل عند تسخينها، وهذه السبيكة أصبح اسمها النيتينول (مختبر ذخائر النيكل والتيتانيوم البحري)، واصبحت سبائك ذاكرة الشكل واحدة من أهم المتغيرات الأكثر فائدة، ويرجع ذلك لخصائصها الميكانيكية وقدرتها العالية على استرداد الانفعال بنسبة كبيرة. في نفس الوقت تقريبا اظهر (كوهن كاتشالسكاي) ان المواد البولمرية سوف تظهر تغييرا في الحجم عند وضعها في محلول مختلف في قيم درجة الحموضة. وكان هذا العمل بارز للمواد البوليمرية الكهربية النشطة، لانها اثبتت ان التحفيز الكيميائي يمكن ان يحفز الضغط الميكانيكي في مادة البوليمر. واعقب هذا العمل الذي حدث في اواخر 1940 وفي اوائل 1950، من خلال العمل في ما يقرب العشرين عاما من قِبَل (جرود زينسكاى) في استخدام الياف الكولاجين، البوليمر الذي يحدث بشكل طبيعي، اجهزة الإستشعار والمحركات الميكانيكية والكهربية. استمر العمل على تطوير المواد الكهروضغطية في تحسين موازٍ مع التطورات البارزة في مواد ذاكرة الشكل والبوليمرات الكهربية النشطة. ادى اكتشاف تيتانات الباريوم لدراسة تراكيب المواد الآخرى. ادى هذا العمل إلى تطوير الرصاص (تيتانات – زركونات) (PTZ) في الخمسينات والسيتينات. اظهرت (تيتانات – زركونات) خصائص كهروضغطية متفوقة على (تيتانات الباريوم)، ولا تزال أكثر المواد الكهروضغطية المستخدمة على نطاق واسع.