Ferroelektrisches Material ist jetzt elastisch

09.08.2023 - China

Eine Forschungsgruppe unter der Leitung von Prof. LI Runwei am Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering (NIMTE) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) hat eine "leichte Vernetzungsmethode" vorgeschlagen, die ferroelektrischen Materialien eine elastische Erholung verleiht.

Ferroelektrische Materialien sind sehr nützlich für Anwendungen wie Datenspeicherung und -verarbeitung, Sensorik, Energieumwandlung und Optoelektronik usw., was sie für Mobiltelefone, Tablets und andere elektronische Geräte des täglichen Gebrauchs sehr wünschenswert macht.

Herkömmliche ferroelektrische Materialien weisen jedoch eine geringe elastische Erholung auf - in der Regel weniger als 2 % - und sind daher entweder spröde (ferroelektrische Keramiken) oder plastisch (ferroelektrische Polymere), wenn die Belastung nachlässt.

Die ferroelektrischen Eigenschaften dieser Materialien sind hauptsächlich auf ihre kristallinen Bereiche zurückzuführen, denen es an intrinsischer Elastizität fehlt.

Um das Dilemma der ferroelektrischen Reaktion und der elastischen Erholung zu lösen, entwickelten die Forscher eine präzise Methode der "leichten Vernetzung".

Durch die Verwendung von Poly(vinylidenfluorid-trifluorethylen) als Matrixmaterial und weichem, langkettigem Polyethylenoxiddiamin als Vernetzer konnten die Forscher eine Netzwerkstruktur in linearen ferroelektrischen Polymeren aufbauen.

Durch die präzise Steuerung der Vernetzungsdichte auf 1-2 % wies der vernetzte ferroelektrische Film hauptsächlich eine kristalline β-Phasenstruktur auf und war gleichmäßig in dem vernetzten Polymernetzwerk verteilt.

Unter Belastung kann die Netzwerkstruktur äußere Kräfte gleichmäßig verteilen und aushalten, wodurch die Beschädigung der kristallinen Bereiche gemildert wird. Diese neu entwickelten Ferroelektrika kombinieren also Elastizität mit relativ hoher Kristallinität. Die experimentellen Ergebnisse zeigten auch, dass der vernetzte Film eine stabile ferroelektrische Reaktion und eine elastische Erholung selbst bei Dehnungen von bis zu 70 % beibehält.

"Auf der Grundlage ihrer Studie", so Prof. XIONG Rengen, ein international anerkannter Experte für ferroelektrische Materialien, "haben Gao et al. eine neue Forschungsrichtung begründet, die elastischen Ferroelektrika."

Elastische Ferroelektrika wie diese, die eine hervorragende Beständigkeit gegenüber mechanischer und ferroelektrischer Ermüdung aufweisen, haben breite Anwendungsmöglichkeiten in der tragbaren Elektronik und im intelligenten Gesundheitswesen.

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