Fleksibel ferroelektrik bringer to materielle verdener sammen

Indtil for nylig, "fleksibel ferroelektrik" kunne have været tænkt som den samme type oxymoroniske sætninger. Imidlertid, takket være en ny opdagelse fra U.S. Department of Energy's (DOE) Argonne National Laboratory i samarbejde med forskere ved Northwestern University, videnskabsmænd har været banebrydende for en ny klasse af materialer med avancerede funktionaliteter, der flytter ideen fra ironiens rige til virkelighed.

Ferroelektrik er en nyttig type materiale, der findes i kondensatorer, der bruges i sensorer, samt computerhukommelse og RFID-kort. Deres særlige egenskaber stammer fra det faktum, at de indeholder ladede områder polariseret i en bestemt orientering, som kan styres med et eksternt elektrisk felt. Men de har også haft en stor ulempe, da ingeniører forsøger at bruge dem i nye opfindelser.

"Ferroelektriske materialer er kendt for at være ret skøre, og derfor har det altid været en stor udfordring at gøre dem mekanisk fleksible, " sagde Argonne nanoforsker Seungbum Hong, som var med til at lede forskningen. "Fordi ferroelektricitet og denne form for fleksibilitet er relativt sjældne egenskaber at se i sig selv, at have både ferroelektricitet og fleksibilitet i dette nye materiale er dybest set hidtil uset."

Tidligere generationer af ferroelektriske materialer var primært keramiske, Hong sagde, hvilket gjorde dem ret skøre. I det nye materiale, krystalplanerne på atomniveau har en tendens til at glide forbi hinanden, bidrager til materialets duktilitet.

En fordel ved fleksibel ferroelektrik kommer fra det faktum, at alle ferroelektriske materialer også er piezoelektriske, hvilket betyder, at de kan konvertere en påført mekanisk kraft til et elektrisk signal, eller omvendt; for eksempel, når du slår en lighter for at generere en gnist. At have mere fleksibel ferroelektrik kunne muliggøre en større respons fra et mindre input.

Med fleksibel ferroelektrik, videnskabsmænd og ingeniører kan have mulighed for at tilpasse disse materialer til en lang række nye og forbedrede anvendelser, inklusive præcisionsaktuatorer til atomkraftmikroskopi, ultralydsbilledsensorer og -emittere til medicinske applikationer og endda sensorer til nogle bilapplikationer.

Til datalagring, virkningen kan være endnu større. "Der er et meget stort informationstæthedspotentiale med ferroelektrisk lagring, " sagde Hong. "Dette kan gøre en stor forskel, når vi tænker på fremtidige generationer af dataskyen."

En artikel baseret på undersøgelsen, "Fleksible ferroelektriske organiske krystaller, " blev offentliggjort online i Naturkommunikation i oktober. En af de førende nordvestlige forfattere af undersøgelsen, Sir Fraser Stoddart, modtog 2016 Nobelprisen i kemi for sit arbejde med molekylære maskiner.