Το σιδηροηλεκτρικό πολυμερές γίνεται ελαστικό – Physics World

Αν και τα πολυμερή είναι συνήθως εύκαμπτα, τα σιδηροηλεκτρικά υλικά που βασίζονται σε πολυμερή τείνουν να είναι άκαμπτα. Η προσθήκη μικρής ποσότητας υλικού διασταύρωσης μπορεί να το αλλάξει αυτό, ωστόσο, και ερευνητές στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας και Μηχανικής Υλικών Ningbo της Κίνας (NIMTE) λένε ότι τα νέα «ελαστικά σιδηροηλεκτρικά» είναι ανθεκτικά και αρκετά ευέλικτα για χρήση σε φορητές ηλεκτρονικές συσκευές και εμφυτεύσιμες ιατρικές συσκευές.

Ο σιδηροηλεκτρισμός είναι η ικανότητα ενός υλικού να αλλάζει τις ηλεκτρικές του ιδιότητες ως απόκριση σε ένα εφαρμοσμένο ηλεκτρικό πεδίο. Ανακαλύφθηκε μόλις πριν από έναν αιώνα σε ορισμένους φυσικά ενυπάρχοντες κρυστάλλους και τώρα χρησιμοποιείται σε ένα ευρύ φάσμα τεχνολογιών, συμπεριλαμβανομένης της αποθήκευσης ψηφιακών πληροφοριών, της ανίχνευσης, της οπτοηλεκτρονικής και των νευρομορφικών υπολογιστών.

Τα συμβατικά σιδηροηλεκτρικά μπορούν να κατασκευαστούν είτε από κεραμικά είτε από πολυμερή, αλλά ακόμη και τα σιδηροηλεκτρικά που βασίζονται σε πολυμερή δεν είναι πολύ ελαστικά. Αυτό συμβαίνει επειδή περιέχουν κρυσταλλικές περιοχές που είναι άκαμπτες.

Διασυνδεδεμένο πολυμερές δίκτυο

Ερευνητές με επικεφαλής τον Run-Wei Li έχουν τώρα λύσει αυτό το πρόβλημα προσθέτοντας μια χημική ουσία διασταυρούμενης σύνδεσης, μαλακής μακράς αλυσίδας πολυαιθυλενοξειδίου, στο σιδηροηλεκτρικό πολυμερές πολυ(φθοριούχο βινυλιδένιο-τριφθοροαιθυλένιο).

«Η σταυροσύνδεση είναι ένας γενικός τρόπος για να προσφέρουμε ανθεκτικότητα σε πλαστικά πολυμερή στα οποία το εύρος πυκνότητας διασύνδεσης είναι 1-10% (δηλαδή, μία έως δέκα επαναλαμβανόμενες μονάδες διασταυρούμενες σε κάθε εκατό επαναλαμβανόμενες μονάδες σε πολυμερείς αλυσίδες)», εξηγεί το μέλος της ομάδας μελέτης. Μπεν-Λιν Χου.

Στο υψηλότερο άκρο αυτού του εύρους, ωστόσο, ο Hu προσθέτει ότι η κρυσταλλικότητα του μείγματος μειώνεται δραματικά, αποδυναμώνοντας τη σιδηροηλεκτρική απόκριση του υλικού. Η πυκνότητα διασύνδεσης που απαιτείται για την κατασκευή ελαστικών σιδηροηλεκτρικών είναι επομένως πολύ χαμηλότερη, με αποτέλεσμα οι ερευνητές να την αποκαλούν «ελαφριά σταυροσύνδεση».

Όταν ο NIMTE Οι ερευνητές περιόρισαν την πυκνότητα του παράγοντα σταυροειδούς σύνδεσης σε μόλις 1-2%, βρήκαν ότι μια κρυσταλλική δομή βήτα φάσης ήταν ομοιόμορφα διασκορπισμένη στο δίκτυο σταυροειδών πολυμερών. Αυτό το νέο δίκτυο διασταυρούμενων πολυμερών μπορεί να κατανείμει ομοιόμορφα και να φέρει εξωτερικές δυνάμεις, λένε οι ερευνητές, μετριάζοντας τη ζημιά στις κρυσταλλικές περιοχές και δημιουργώντας ένα νέο σιδηροηλεκτρικό υλικό που συνδυάζει ελαστικότητα με σχετικά υψηλή κρυσταλλικότητα. Πράγματι, η διασταυρούμενη μεμβράνη διατηρεί τον σιδηροηλεκτρισμό της ακόμη και κάτω από καταπονήσεις 70% χάρη στη βελτιωμένη ελαστικότητά της.

Τα λεπτότερα αντισιδηροηλεκτρικά γίνονται σιδηροηλεκτρικά

Το νέο ελαστικό σιδηροηλεκτρικό θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε φορητές/εμφυτεύσιμες ηλεκτρονικές συσκευές, όπως αισθητήρες και έξυπνη υγειονομική περίθαλψη, καθώς και στην αποθήκευση πληροφοριών και τη μεταγωγή ενέργειας, λέει ο Hu. Τα ελαστικά σιδηροηλεκτρικά έχουν επίσης κάποιες εξωτικές ιδιότητες που μπορεί να είναι χρήσιμες για δομές όπως ελαστομερή με γιγαντιαία (>1000) διηλεκτρική σταθερά, βαλβίδες περιστροφής με μεγάλο φαινόμενο μαγνητοηλεκτρικής σύζευξης και διηλεκτρικούς πυκνωτές που έχουν ενεργειακή πυκνότητα ίση με τις μπαταρίες ιόντων λιθίου. αλλά με χρόνους φόρτισης και εκφόρτισης της τάξης των μικροδευτερόλεπτων.

Οι ερευνητές λένε ότι τώρα σχεδιάζουν να βελτιστοποιήσουν τις ιδιότητες των ελαστικών σιδηροηλεκτρικών τους και θα επικεντρωθούν κυρίως σε υλικά με υψηλές διηλεκτρικές και υψηλές πιεζοηλεκτρικές σταθερές. «Αυτά θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν στην αποθήκευση και τη μεταγωγή ενέργειας και στην ανίχνευση και τη μνήμη πληροφοριών», λέει ο Hu Κόσμος Φυσικής.

Αναφέρουν λεπτομερώς την παρούσα εργασία τους Επιστήμη.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Αυτοκίνητο / EVs, Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• ChartPrime. Ανεβάστε το Trading Game σας με το ChartPrime. Πρόσβαση εδώ.
• BlockOffsets. Εκσυγχρονισμός της περιβαλλοντικής αντιστάθμισης ιδιοκτησίας. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/ferroelectric-polymer-goes-elastic/