Een onderzoeksgroep onder leiding van prof. Li Runwei van het Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering (NIMTE) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) heeft een "lichte verknopingsmethode" voorgesteld die elastisch herstel aan ferro-elektrische materialen verleent. Het onderzoek is gepubliceerd in Science .

Ferro-elektrische materialen zijn zeer nuttig voor toepassingen zoals gegevensopslag en -verwerking, detectie, energieconversie en opto-elektronica, enz., waardoor ze zeer wenselijk zijn in mobiele telefoons, tablets en andere elektronische apparaten voor dagelijks gebruik.

Nadat de spanning is verlicht, vertonen conventionele ferro-elektrische materialen echter een slecht elastisch herstel, doorgaans minder dan 2%, en zijn ze dus vaak bros (ferro-elektrische keramiek) of plastic (ferro-elektrische polymeren).

De ferro-elektrische eigenschappen van deze materialen zijn voornamelijk te danken aan hun kristallijne gebieden, die geen intrinsieke elasticiteit hebben.

Om het dilemma van ferro-elektrische respons en elastisch herstel op te lossen, ontwikkelden de onderzoekers een precieze ‘lichte cross-linking’-methode.

Door poly(vinylideenfluoride-trifluorethyleen) als matrixmateriaal en zacht polyethyleenoxidediamine met lange keten als verknoper te gebruiken, hebben de onderzoekers een netwerkstructuur in lineaire ferro-elektrische polymeren tot stand gebracht.

Door de verknopingsdichtheid nauwkeurig te regelen op 1-2%, vertoonde de verknoopte ferro-elektrische film voornamelijk een β-fase kristallijne structuur en was deze uniform verspreid in het verknoopte polymeernetwerk.

Onder stress kan de netwerkstructuur externe krachten gelijkmatig verdelen en verdragen, waardoor schade aan de kristallijne gebieden wordt beperkt. Deze nieuw ontwikkelde ferro-elektrische materialen combineren dus elasticiteit met een relatief hoge kristalliniteit. Experimentele resultaten toonden ook aan dat de verknoopte film een ​​stabiele ferro-elektrische respons en elastisch herstel behield, zelfs onder spanningen tot 70%.

"Op basis van hun onderzoek", zegt prof. Xiong Rengen, een internationaal gerenommeerd expert op het gebied van ferro-elektrische materialen, "hebben Gao et al. een nieuwe onderzoeksrichting vastgesteld:elastische ferro-elektrische materialen."

Dergelijke elastische ferro-elektrische materialen, met uitstekende weerstand tegen mechanische en ferro-elektrische vermoeidheid, hebben brede toepassingsmogelijkheden in draagbare elektronica en slimme gezondheidszorg.

Meer informatie: Liang Gao et al., Intrinsiek elastisch ferro-elektrisch polymeer door prijsbewuste lichte verknoping, Wetenschap (2023). DOI:10.1126/science.adh2509. www.science.org/doi/10.1126/science.adh2509

Journaalinformatie: Wetenschap

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen