Polímero ferroelétrico torna-se elástico

Embora os polímeros sejam geralmente flexíveis, os materiais ferroelétricos à base de polímeros tendem a ser rígidos. Adicionar uma pequena quantidade de material de reticulação pode mudar isso, no entanto, e pesquisadores do Instituto de Tecnologia e Engenharia de Materiais de Ningbo (NIMTE) da China dizem que seus novos “ferroelétricos elásticos” são resilientes e flexíveis o suficiente para uso em eletrônicos vestíveis e dispositivos médicos implantáveis.

Ferroeletricidade é a capacidade de um material alterar suas propriedades elétricas em resposta a um campo elétrico aplicado. Foi descoberto há pouco mais de um século em certos cristais naturais e é agora explorado numa vasta gama de tecnologias, incluindo armazenamento digital de informação, detecção, optoelectrónica e computação neuromórfica.

Os ferroelétricos convencionais podem ser feitos de cerâmica ou polímeros, mas mesmo os ferroelétricos à base de polímeros não são muito elásticos. Isso ocorre porque eles contêm regiões cristalinas rígidas.

Pesquisadores liderados por Run-Wei Li resolveram agora esse problema adicionando um produto químico de reticulação, óxido de polietileno de cadeia longa e macia, ao polímero ferroelétrico poli (fluoreto de vinilideno-trifluoroetileno).

“A reticulação é uma forma geral de conferir resiliência aos polímeros plásticos em que a faixa de densidade de reticulação é de 1 a 10% (ou seja, de uma a dez unidades repetidas reticuladas em cada cem unidades repetidas nas cadeias poliméricas)”, explica o membro da equipe do estudo, Ben. -Lin Hu.

No limite superior desta faixa, entretanto, Hu acrescenta que a cristalinidade da mistura diminui drasticamente, enfraquecendo a resposta ferroelétrica do material. A densidade de reticulação necessária para produzir ferroelétricos elásticos é, portanto, muito menor, levando os pesquisadores a chamá-la de “ligeira reticulação”.

Quando os pesquisadores do NIMTE limitaram a densidade do reticulador a apenas 1-2%, eles descobriram que uma estrutura cristalina de fase beta estava uniformemente dispersa na rede polimérica reticulada. Esta nova rede polimérica reticulada pode distribuir e suportar uniformemente forças externas, dizem os pesquisadores, mitigando os danos às regiões cristalinas e criando um novo material ferroelétrico que combina elasticidade com cristalinidade relativamente alta. Na verdade, o filme reticulado mantém a sua ferroeletricidade mesmo sob tensões de 70%, graças à sua elasticidade melhorada.

Antiferroelétricos mais finos tornam-se ferroelétricos

O novo ferroelétrico elástico poderia ser usado em eletrônicos vestíveis/implantáveis, como sensores e cuidados de saúde inteligentes, bem como no armazenamento de informações e na transdução de energia, diz Hu. Os ferroelétricos elásticos também têm algumas propriedades exóticas que podem ser úteis para estruturas como elastômeros com uma constante dielétrica gigante (> 1000), válvulas de rotação com um grande efeito de acoplamento magnetoelétrico e capacitores dielétricos que possuem densidades de energia equivalentes às baterias de íon-lítio, mas com tempos de carga e descarga da ordem de apenas microssegundos.

Os pesquisadores dizem que agora planejam otimizar as propriedades de seus ferroelétricos elásticos e se concentrarão principalmente em materiais com altas constantes dielétricas e piezoelétricas. “Eles poderiam ser usados ​​no armazenamento e transdução de energia e na detecção e memória de informações”, disse Hu à Physics World.

Eles detalham seu trabalho atual na Ciência.