El polímero ferroeléctrico Relaxor exhibe un acoplamiento electromecánico ultraalto en un campo eléctrico bajo

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Ciencia de los Polímeros
• Física de la materia condensada

Sus antecedentes:

• El acoplamiento electromecánico (EM), la interconversión de energía eléctrica y mecánica, es crucial para los materiales ferroeléctricos utilizados en diversas aplicaciones.
• Los polímeros ferroeléctricos suelen exhibir un acoplamiento EM débil, lo que limita su utilidad práctica.
• Los polímeros ferroeléctricos existentes luchan por satisfacer las demandas de rendimiento de las aplicaciones tecnológicas avanzadas.

Objetivo del estudio:

• Para mejorar el acoplamiento electromecánico en polímeros ferroeléctricos.
• Mejorar las características de polarización de los terpolímeros relajantes y ferroeléctricos.
• Desarrollar un material basado en polímeros competitivo con piezoeléctricos cerámicos.

Principales métodos:

• Incorporación de un pequeño porcentaje (< 2 mol %) de monómeros de alquina fluorada (FA) en un terpolímero relajante de poli (fluoruro de vinileno-trifluoroetileno-clorofluoroetileno) (PVDF-TrFE-CFE).
• Caracterización del comportamiento de polarización del terpolímero modificado y acoplamiento EM bajo un campo de sesgo de baja corriente continua (40 MV / m).

Principales resultados:

• Marcado aumento del cambio de polarización y fuerte acoplamiento EM logrado con la adición de monómeros FA.
• La supresión de los cambios de polarización no contribuyentes, lo que lleva a una conversión de energía más eficiente.
• Se obtiene un factor de acoplamiento electromagnético (k33) del 88% y un coeficiente piezoeléctrico (d33) > 1000 pm/V en el terpolímero relajante modificado.

Conclusiones:

• La adición de monómeros de FA aumenta significativamente el acoplamiento electromecánico y las propiedades piezoeléctricas de los polímeros ferroeléctricos.
• El polímero procesado en solución exhibe un rendimiento competitivo con los piezoeléctricos de óxido de cerámica.
• Este avance abre el potencial para nuevas aplicaciones de polímeros piezoeléctricos flexibles de alto rendimiento.