Сегнетоэлектрический полимер PVDF (поливинилиденфторид) обладает интересными свойствами и может использоваться для хранения информации или энергии. Одним из основных недостатков PVDF является то, что дополнительные функциональные группы, добавленные для улучшения определенных свойств, также влияют на его сегнетоэлектричество. Чтобы решить эту проблему, ученые из Университета Гронингена создали блок-сополимеры из PVDF, которые оставляют его сегнетоэлектричество без изменений, но позволяют им настраивать его характеристики. Они хотели не только изучить, как работает этот полимер, но и расширить его использование, чтобы включить гибкую органическую электронику. Результаты были опубликованы в журнале Nature Communications 6 февраля.
Полимеры PVDF обладают полярными структурами с диполями, которые могут быть выровнены с применением электрического поля. Ориентация диполей может быть изменена путем изменения направления электрического поля. Таким образом, материал демонстрирует переключаемое поведение, что означает, что он может быть использован для хранения информации. Наличие диполей в PVDF и его высокая диэлектрическая проницаемость означает, что накопление энергии в конденсаторах также может быть вариантом, хотя его сегнетоэлектричество может снизить эффективность таких конденсаторов.
Разделение фаз
Модификация материала может решить эту проблему. «Однако модификация молекул путем присоединения боковых цепей влияет на их сегнетоэлектрические свойства», — объясняет Иван Терзич, доктор философии. студент факультета полимерных наук Университета Гронингена и один из первых авторов газеты Nature Communications .
Вместе со своим коллегой Ph.D. студент Niels Meereboer и их научный руководитель, профессор Катя Лоос, Terzic разработали способ производства сополимера винилиденфторида и трифторэтилена с функционализированной концевой группой, которая может быть связана с изолирующей полимерной цепью с образованием блок-сополимера . Затем ученые показали, что материал образует небольшие домены в нанометровом масштабе посредством разделения фаз между блоками. Эти домены имеют различную форму — например, пластинчатую, цилиндрическую или сферическую — в зависимости от соотношения блоков.
Отдельно стоящие фильмы
Терзич говорит: «Другие пытались приготовить блок-сополимеры PVDF , но они могли производить только блоки с короткими полимерными цепями. В этом случае блоки смешиваются и не показывают разделения фаз».
Изменяя тип блока и готовя блок-сополимеры достаточной длины, ученые смогли настроить свойства материала. Важной частью этой работы была способность изготавливать отдельно стоящие пленки из полимера с удовлетворительными механическими свойствами. Это позволило им исследовать свойства материала.
Терзик использовал блок-сополимеры для улучшения взаимодействия между PVDF и неорганическими нанообъектами и для улучшения их дисперсии внутри полимера . Например, магнитные наночастицы могут быть добавлены к PVDF для получения мультиферроидного материала, который обладает как сегнетоэлектрическими, так и ферромагнитными свойствами, что означает, что он может быть связан. Кроме того, изменение поведения PVDF может сделать получение энергии более эффективным. «Это позволило бы нам создать высокоэффективный конденсатор, который можно было бы использовать там, где необходимо быстро высвобождать накопленную энергию, например, в дефибрилляторах или для преобразования постоянного тока от солнечных батарей в переменный ток».
Авторы создали инструментарий для производства блоксополимеров на основе PVDF с перестраиваемыми свойствами. «Мы можем использовать это, чтобы улучшить наше понимание сегнетоэлектрических и других свойств PVDF, а также для новых применений», — говорит Терзич. «Органический PVDF является гибким, легким и нетоксичным, в отличие от некоторых неорганических сегнетоэлектриков, которые часто содержат свинец. И он биосовместим, поэтому медицинское применение — еще одна интересная возможность».
