Un réseau de nanotubes de polymères piézoélectriques creux développés par les chercheurs d'A*STAR pourrait être utilisé comme capteur acoustique extrêmement sensible.

Les tubes sont constitués d'un polymère piézoélectrique appelé poly(fluorure de vinylidène-co-trifluoroéthylène), ou P(VDF-TrFE) - auquel l'application d'une tension provoque un changement de forme; inversement, le polymère génère une tension lorsqu'il est pressé ou tordu. Les polymères piézoélectriques sont considérablement plus flexibles que les autres matériaux piézoélectriques, et sont très sensibles à la pression.

La formation de matériaux piézoélectriques en nanotubes peut améliorer leurs propriétés, mais les nanotubes polymères flexibles ont tendance à s'agréger en faisceaux.

Kui Yao et ses collègues de l'A*STAR Institute of Materials Research and Engineering, et l'Université nationale de Singapour, ont maintenant développé une méthode pour créer des réseaux verticaux de nanotubes creux P(VDF-TrFE), augmentant considérablement leurs capacités piézoélectriques. "Pour la première fois, nous avons démontré des performances piézoélectriques améliorées dans un réseau de nanotubes P(VDF-TrFE) de haute qualité, " dit Yao.

L'équipe a d'abord fabriqué un gabarit - une fine feuille d'alumine anodisée avec des pores verticaux jusqu'à 4 micromètres de profondeur et 350 nanomètres de large - et a ajouté un revêtement de P(VDF-TrFE). Le chauffage à 250 degrés Celsius a fait fondre le polymère dans les pores, revêtir ses murs. Ils ont répété le cycle 15 fois pour créer un revêtement polymère de 60 nanomètres d'épaisseur.

Ils ont recouvert le gabarit chargé de polymère d'une fine électrode en or, puis a retourné la structure et l'a montée sur un substrat de verre. Ils ont utilisé un acide pour graver une partie de l'alumine, exposer les pointes des nanotubes de polymère creux à l'intérieur (voir image), et les a recouverts d'une autre électrode en or.

La diffraction des rayons X et la spectrométrie infrarouge ont révélé que la polarisation électrique du polymère était alignée avec l'axe du nanotube, ce qui a augmenté la polarisation globale dans cette direction de 1,5 fois. "Le mécanisme dominant pour des performances piézoélectriques améliorées est basé sur cette orientation moléculaire unique et la structure du nanotube, " dit Yao.

Les chercheurs ont découvert qu'une tension alternative modifiait la déformation des nanotubes presque deux fois plus qu'un film P(VDF-TrFE) standard. Ils ont également émis l'hypothèse que l'application d'une petite contrainte à la structure pourrait produire une tension plusieurs fois supérieure à celle des matériaux piézoélectriques conventionnels, et plus de trois fois celle d'un film polymère piézoélectrique standard. "Ce sont des indicateurs importants des performances d'un matériau piézoélectrique pour des applications électromécaniques telles que les récupérateurs d'énergie, capteurs et transducteurs, " dit Yao. " Nous travaillons maintenant à la démonstration de capteurs acoustiques utilisant le réseau de nanotubes P(VDF-TrFE), avec une sensibilité améliorée par rapport aux films piézoélectriques conventionnels."