強誘電体材料が弾性を持つようになりました

中国科学院本部

画像: 70% の歪みがかかった弾性強誘電体もっと見る

クレジット: NIMTE

中国科学院（CAS）寧波材料技術工学研究所（NIMTE）のLI Runwei教授率いる研究グループは、強誘電体材料に弾性回復を与える「軽度の架橋」方法を提案した。

この研究は『Science』誌に掲載された。

強誘電体材料は、データの保存と処理、センシング、エネルギー変換、オプトエレクトロニクスなどの用途に非常に役立ち、携帯電話、タブレット、その他の日常使用の電子デバイスに非常に望まれています。

しかし、応力が緩和された後、従来の強誘電体材料は弾性回復力が低く、通常 2% 未満であり、脆くなる (強誘電体セラミック) かプラスチック (強誘電体ポリマー) になる傾向があります。

これらの材料の強誘電特性は主に、固有の弾性を持たない結晶領域によるものです。

強誘電性応答と弾性回復のジレンマを解決するために、研究者らは正確な「軽度の架橋」方法を開発しました。

研究者らは、マトリックス材料としてポリ（フッ化ビニリデン – トリフルオロエチレン）を使用し、架橋剤として軟質長鎖ポリエチレンオキシド ジアミンを使用することにより、線状強誘電性ポリマーにネットワーク構造を確立しました。

架橋密度を1〜2%で精密に制御することにより、架橋強誘電体膜は主にβ相の結晶構造を示し、架橋ポリマーネットワーク中に均一に分散しました。

応力下では、ネットワーク構造が外力を均等に分散して耐えることができるため、結晶領域への損傷が軽減されます。 したがって、これらの新しく開発された強誘電体は、弾性と比較的高い結晶性を兼ね備えています。 実験結果では、架橋膜が最大 70% の歪み下でも安定した強誘電応答と弾性回復力を保持することも示されました。

強誘電体材料の国際的に有名な専門家であるXIONG Rengen教授は、「彼らの研究に基づいて、Gaoらは弾性強誘電体という新たな研究の方向性を確立した」と述べた。

このような弾性強誘電体は、機械的疲労や強誘電疲労に対する優れた耐性を備えており、ウェアラブルエレクトロニクスやスマートヘルスケアにおいて幅広い応用の可能性を秘めています。

この研究は、中国国立自然科学財団、浙江省銭江人材プログラム、KC ウォン教育財団などの支援を受けました。

科学

10.1126/science.adh2509

わずかな架橋により本質的に弾性のあるポリマー強誘電体

2023 年 8 月 3 日

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