Hvordan ultratynde polymerfilm kan bruges til opbevaringsteknologi

Præcis påført mekanisk tryk kan forbedre de elektroniske egenskaber af et meget anvendt polymermateriale. Dette kræver, at materialet bearbejdes mekanisk med en nøjagtighed på få nanometer, skriver et hold fra Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU) i det videnskabelige tidsskrift Advanced Electronic Materials . I deres nye undersøgelse viser forskerne, hvordan denne hidtil ukendte fysiske effekt virker, og hvordan den også kan bruges til nye lagringsteknologier. Det er også lykkedes for holdet at skitsere Halle bys våbenskjold som et elektrisk mønster med en rumlig opløsning på 50 nanometer i materialet.

Polyvinylidenfluorid (PVDF) er en polymer, der i vid udstrækning anvendes af industrien til fremstilling af tætninger, membraner og emballagefilm. Det har mange praktiske egenskaber, da det er strækbart, biokompatibelt og ret billigt at fremstille. "PVDF er også et ferroelektrisk materiale. Det betyder, at det har positive og negative ladninger, som er rumligt adskilte, noget som kan bruges til lagringsteknologi," siger fysiker professor Kathrin Dörr ved MLU. Der er dog en ulempe:PVDF er et semi-krystallinsk materiale, hvis struktur, i modsætning til krystaller, ikke er helt ordnet. "Der er så meget uorden i materialet, at nogle af de egenskaber, som du faktisk gerne vil udnytte, går tabt," siger Dörr.

Hendes hold opdagede ved et tilfælde, at atomkraftmikroskopi kan bruges til at etablere en bestemt elektrisk orden i materialet. Denne metode involverer normalt scanning af en materialeprøve med en spids, der kun er få nanometer i størrelse. En laser bruges derefter til at måle og evaluere de vibrationer, der produceres. "Dette gør os i stand til at analysere materialets overfladestruktur på nanoniveau," siger Dörr. Atomkraftmikroskoper kan også bruges til at påføre tryk på materialeprøven ved hjælp af den lille spids. Fysikerne på MLU opdagede, at dette også ændrer PVDF'ens elektriske egenskaber.

"Trykket komprimerer elastisk materialet på et ønsket punkt uden at flytte molekylerne, der udgør det," forklarer Dörr. Den elektriske polarisering af materialet (dvs. dets elektriske orientering) roterer i trykkets retning. Således kan polariseringen styres og reorienteres på nanoniveau. De elektriske domæner skabt på denne måde er ekstremt stabile og var stadig intakte fire år efter det oprindelige eksperiment.

Den effekt, som forskerne fra Halle opdagede, kan styres så præcist, at de var i stand til at bruge de elektriske ladninger til i materialet at skitsere en udgave i nanostørrelse af byens våbenskjold – formentlig det mindste i verden. Den nye proces kan hjælpe med at gøre det muligt for materialer som PVDF at blive brugt i nye elektriske og opbevaringsapplikationer. + Udforsk yderligere

Ferroelektriske polymerer gjort mere alsidige