Forbedring af piezoelektriske egenskaber i organiske polymerer alle i molekylerne

Manglende evne til at ændre iboende piezoelektrisk adfærd i organiske polymerer hæmmer deres anvendelse i fleksibel, bærbare og biokompatible enheder, ifølge forskere ved Penn State og North Carolina State University, men nu kan en molekylær tilgang forbedre disse piezoelektriske egenskaber.

"Morfotropisk fasegrænse (MPB) er et vigtigt begreb udviklet for et halvt århundrede siden i keramiske materialer, "sagde Qing Wang, professor i materialevidenskab og teknik. "Dette koncept er aldrig før blevet realiseret i organiske materialer."

Begrebet morfotropisk fasegrænse refererer til betydelige ændringer i materialegenskaber, der forekommer ved grænsen mellem krystallinske strukturer, og er afhængige af et materiales sammensætning.

Den piezoelektriske effekt er en reversibel proces, der forekommer i nogle materialer. Når materialet komprimeres fysisk, der produceres en elektrisk ladning, og når en elektrisk strøm passerer igennem den, resultater af mekanisk bevægelse.

Forskerne kiggede på ferroelektriske poly (vinylidenfluorid-co-trifluorethylen) —P (VDF-TrFE) —kopolymerer og fandt ud af, at skræddersy molekylerne til specifikke arrangementer omkring chiral, eller asymmetrisk, centre førte til overgange mellem ordnede og uordnede strukturer og skabte en region inden for materialet, hvor ferroelektriske og relaxor -egenskaber konkurrerer. Afslappere er uorganiserede materialer, mens normale ferroelektriske materialer bestilles. I ferroelektriske polymerer, en MPB-lignende effekt induceres af de molekylære kædekonformationer, der er skræddersyet af kemiske sammensætninger.

"Vi studerede MPB -dannelse i organiske materialer ved hjælp af en kombineret eksperiment- og teoritilgang - første principberegninger af mulige konfigurationer, syntese af nye polymerer og omfattende karakterisering af strukturer og egenskaber, "sagde Wang.

Simuleringsarbejdet blev udført ved North Carolina State University.

Forskerne brugte også en lang række metoder til at undersøge polymeren, herunder nuklear magnetisk resonans, Røntgenpulverdiffraktion og Fourier-transformeret infrarød spektroskopi ser på overgangsområdet og grænser.

"I betragtning af fleksibilitet i molekylært design og syntese, dette arbejde åbner en ny vej for skalerbare højtydende piezoelektriske polymerer, "rapporterer forskerne i dag (4. oktober) i Natur .