Le polymère ferroélectrique devient élastique

Bien que les polymères soient généralement flexibles, les matériaux ferroélectriques à base de polymères ont tendance à être rigides. Cependant, l'ajout d'une petite quantité de matériau de réticulation peut changer cela, et les chercheurs de l'Institut chinois de technologie et d'ingénierie des matériaux de Ningbo (NIMTE) affirment que leurs nouveaux « ferroélectriques élastiques » sont suffisamment résilients et flexibles pour être utilisés dans l'électronique portable et les dispositifs médicaux implantables.

La ferroélectricité est la capacité d'un matériau à modifier ses propriétés électriques en réponse à un champ électrique appliqué. Il a été découvert il y a un peu plus d'un siècle dans certains cristaux naturels et est désormais exploité dans un large éventail de technologies, notamment le stockage d'informations numériques, la détection, l'optoélectronique et l'informatique neuromorphique.

Les ferroélectriques conventionnels peuvent être fabriqués à partir de céramiques ou de polymères, mais même les ferroélectriques à base de polymères ne sont pas très élastiques. En effet, ils contiennent des régions cristallines rigides.

Les chercheurs dirigés par Run-Wei Li ont maintenant résolu ce problème en ajoutant un produit chimique de réticulation, un oxyde de polyéthylène à longue chaîne souple, au polymère ferroélectrique poly(fluorure de vinylidène-trifluoroéthylène).

"La réticulation est un moyen général de conférer une résilience aux polymères plastiques dans lesquels la plage de densité de réticulation est comprise entre 1 et 10 % (c'est-à-dire une à dix unités répétées réticulées toutes les cent unités répétées dans les chaînes polymères)", explique Ben, membre de l'équipe d'étude. -Lin Hu.

Cependant, à l'extrémité supérieure de cette plage, Hu ajoute que la cristallinité du mélange diminue considérablement, affaiblissant la réponse ferroélectrique du matériau. La densité de réticulation nécessaire pour fabriquer des ferroélectriques élastiques est donc bien plus faible, ce qui conduit les chercheurs à parler de « légère réticulation ».

Lorsque les chercheurs du NIMTE ont limité la densité de l'agent de réticulation à seulement 1 à 2 %, ils ont découvert qu'une structure cristalline en phase bêta était uniformément dispersée dans le réseau de polymère réticulé. Ce nouveau réseau de polymères réticulés peut répartir et supporter uniformément les forces externes, affirment les chercheurs, atténuant ainsi les dommages causés aux régions cristallines et créant un nouveau matériau ferroélectrique combinant élasticité et cristallinité relativement élevée. En effet, le film réticulé conserve sa ferroélectricité même sous des contraintes de 70% grâce à son élasticité améliorée.

Les antiferroélectriques plus fins deviennent ferroélectriques

Le nouveau ferroélectrique élastique pourrait être utilisé dans l'électronique portable/implantable, comme les capteurs et les soins de santé intelligents, ainsi que dans le stockage d'informations et la transduction d'énergie, explique Hu. Les ferroélectriques élastiques possèdent également des propriétés exotiques qui pourraient être utiles pour des structures telles que les élastomères avec une constante diélectrique géante (> 1 000), les vannes de spin avec un effet de couplage magnétoélectrique important et les condensateurs diélectriques qui ont des densités d'énergie comparables à celles des batteries lithium-ion. mais avec des temps de charge et de décharge de l’ordre de quelques microsecondes seulement.

Les chercheurs déclarent qu’ils envisagent désormais d’optimiser les propriétés de leurs ferroélectriques élastiques et qu’ils se concentreront principalement sur des matériaux présentant des constantes diélectriques et piézoélectriques élevées. "Ceux-ci pourraient être utilisés dans le stockage et la transduction d'énergie, ainsi que dans la détection et la mémoire d'informations", explique Hu à Physics World.

Ils détaillent leurs travaux actuels en Science.