L'incapacité à modifier le comportement piézoélectrique intrinsèque des polymères organiques entrave leur application dans les flexibles, appareils portables et biocompatibles, selon des chercheurs de Penn State et de la North Carolina State University, mais maintenant, une approche moléculaire peut améliorer ces propriétés piézoélectriques.

« La limite de phase morphotrope (MPB) est un concept important développé il y a un demi-siècle dans les matériaux céramiques, " a déclaré Qing Wang, professeur de science et ingénierie des matériaux. "Ce concept n'a encore jamais été réalisé en matériaux organiques."

Le concept de limite de phase morphotrope fait référence à des changements importants dans les propriétés des matériaux qui se produisent à la limite entre les structures cristallines, et dépendent de la composition d'un matériau.

L'effet piézoélectrique est un processus réversible qui se produit dans certains matériaux. Lorsque le matériau est physiquement comprimé, une charge électrique est produite, et quand un courant électrique le traverse, résultats du mouvement mécanique.

Les chercheurs se sont penchés sur les copolymères ferroélectriques poly(fluorure de vinylidène-co-trifluoroéthylène) -P(VDF-TrFE)-et ont découvert que l'adaptation des molécules à des arrangements spécifiques autour du chiral, ou asymétrique, les centres ont conduit à des transitions entre les structures ordonnées et désordonnées et ont créé une région dans le matériau où les propriétés ferroélectriques et relaxantes sont en concurrence. Les relaxants sont des matériaux désorganisés, tandis que des matériaux ferroélectriques normaux sont commandés. Dans les polymères ferroélectriques, un effet de type MPB est induit par les conformations de la chaîne moléculaire qui sont adaptées par les compositions chimiques.

« Nous avons étudié la formation de MPB dans les matériaux organiques en utilisant une approche expérimentale et théorique combinée - premiers calculs de principes de configurations possibles, synthèse de nouveaux polymères et caractérisation complète des structures et propriétés, " dit Wang.

Le travail de simulation a été effectué à la North Carolina State University.

Les chercheurs ont également utilisé une grande variété de méthodes pour étudier le polymère, notamment la résonance magnétique nucléaire, Diffraction des rayons X sur poudre et spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier examinant la zone de transition et les limites.

"Compte tenu de la flexibilité dans la conception et la synthèse moléculaires, ce travail ouvre une nouvelle voie pour des polymères piézoélectriques hautes performances évolutifs, " les chercheurs rapportent aujourd'hui (4 octobre) dans La nature .