Wetenschappers stellen een methode voor die elastisch herstel verleent aan ferro-elektrische materialen

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 crosslinking”-methode voorgesteld die elastisch herstel aan ferro-elektrische materialen verleent. De studie is gepubliceerd in Wetenschap.

Ferro-elektrische materialen zijn erg handig 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 weggenomen, vertonen conventionele ferro-elektrische materialen echter een slecht elastisch herstel – meestal minder dan 2%, waardoor ze ofwel bros (ferro-elektrische keramiek) of plastic (ferro-elektrische polymeren) zijn.

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) te gebruiken als matrixmateriaal en polyethyleenoxidediamine met zachte lange ketens als verknopingsmiddel, hebben de onderzoekers een netwerkstructuur in lineaire ferro-elektrische polymeren tot stand gebracht.

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

Onder stress kan de netwerkstructuur externe krachten gelijkmatig verdelen en dragen, 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 studie,” zei prof. Xiong Rengen, een internationaal bekende expert op het gebied van ferro-elektrische materialen, “hebben Gao et al. een nieuwe onderzoeksrichting vastgesteld, elastische ferro-elektriciteit.”

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