Le polymère ferroélectrique PVDF (polyfluorure de vinylidène) a des propriétés intéressantes et pourrait être utilisé pour stocker de l'information ou de l'énergie. L'un des principaux inconvénients du PVDF est que des groupes fonctionnels supplémentaires ajoutés pour améliorer certaines propriétés interfèrent également avec sa ferroélectricité. Pour résoudre cela, des scientifiques de l'Université de Groningue ont créé des copolymères blocs à partir de PVDF qui laissent intacte sa ferroélectricité, mais leur permettre d'ajuster ses caractéristiques. Ils voulaient non seulement étudier le fonctionnement de ce polymère, mais aussi d'élargir son utilisation à l'électronique organique flexible. Les résultats ont été publiés dans la revue Communication Nature le 6 février.

Les polymères PVDF possèdent des structures polaires avec des dipôles qui peuvent être alignés avec l'application d'un champ électrique. L'orientation des dipôles peut être inversée en changeant la direction du champ électrique. Le matériau présente ainsi un comportement commutable, ce qui signifie qu'il pourrait être utilisé pour le stockage d'informations. La présence de dipôles dans le PVDF et sa constante diélectrique élevée signifie que le stockage d'énergie dans des condensateurs pourrait également être une option, bien que sa ferroélectricité réduirait l'efficacité de tels condensateurs.

Séparation de phases

La modification du matériel pourrait résoudre ce problème. "Toutefois, modifier les molécules en attachant des chaînes latérales affecte leurs propriétés ferroélectriques, " explique Ivan Terzic, un doctorat étudiant au Département des sciences des polymères de l'Université de Groningue et co-premier auteur du Communication Nature papier.

Avec son collègue Ph.D. l'étudiant Niels Meereboer et leur superviseur, Professeur Katja Loos, Terzic a conçu un moyen de produire un copolymère de fluorure de vinylidène et de trifluoroéthylène avec un groupe terminal fonctionnalisé qui peut être lié à une chaîne polymère isolante pour former un copolymère séquencé. Prochain, les scientifiques ont montré que le matériau forme de petits domaines à l'échelle nanométrique par séparation de phase entre les blocs. Ces domaines prennent différentes formes—lamellaires, cylindrique ou sphérique, par exemple, en fonction du rapport entre les blocs.

Films autoportants

Terzic dit, « D'autres ont essayé de préparer des copolymères blocs PVDF, mais ils ne pouvaient produire que des blocs à chaînes polymères courtes. Dans ce cas, les blocs se mélangent et ne montrent aucune séparation de phase."

En faisant varier le type de bloc et en préparant des copolymères à blocs de longueur suffisante, les scientifiques ont pu régler les propriétés du matériau. Une partie importante de ce travail était la capacité de fabriquer des films autoportants du polymère avec des propriétés mécaniques satisfaisantes. Cela leur a permis d'étudier les propriétés du matériau.

Terzic a utilisé des copolymères à blocs pour améliorer les interactions entre le PVDF et les nano-objets inorganiques et pour améliorer leur dispersion à l'intérieur du polymère. Par exemple, des nanoparticules magnétiques peuvent être ajoutées au PVDF pour produire un matériau multiferroïque qui possède à la fois des propriétés ferroélectriques et ferromagnétiques, ce qui signifie qu'il peut être couplé. Par ailleurs, changer le comportement du PVDF pourrait rendre la récupération d'énergie plus efficace. "Cela nous permettrait de fabriquer un condensateur très efficace qui pourrait être utilisé partout où l'énergie stockée doit être libérée rapidement, comme dans les défibrillateurs ou pour convertir le courant continu des panneaux solaires en courant alternatif."

Les auteurs ont créé une boîte à outils pour la production de copolymères blocs à base de PVDF avec des propriétés accordables. « Nous pouvons utiliser cela pour améliorer notre compréhension des propriétés ferroélectriques et autres du PVDF, mais aussi pour de nouvelles applications, " dit Terzic. " Le PVDF organique est flexible, léger et non toxique, contrairement à certains ferroélectriques inorganiques qui contiennent souvent du plomb. Et il est biocompatible, les applications médicales sont donc une autre possibilité intéressante."