Ein Forschungsteam unter der Leitung des Forschers Li Runwei vom Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering der Chinesischen Akademie der Wissenschaften schlug eine Methode der „leichten Vernetzung“ vor, die ferroelektrischen Materialien die Fähigkeit verleihen kann, sich elastisch zu erholen. Dieser Durchbruch wird „elastische Ferroelektrizität“ genannt und soll die Entwicklung tragbarer elektronischer Geräte und intelligenter medizinischer Versorgung vorantreiben. Die Forschung wurde kürzlich in der Zeitschrift Science veröffentlicht.
Ferroelektrische Materialien sind in Anwendungen wie Datenspeicherung und -verarbeitung, Sensorik, Energieumwandlung und Optoelektronik nützlich und daher in Mobiltelefonen, Tablets und anderen elektronischen Geräten des täglichen Gebrauchs sehr beliebt. Herkömmliche ferroelektrische Materialien weisen jedoch eine schlechte elastische Erholung nach Spannungsabbau auf, normalerweise weniger als 2 %, und neigen daher dazu, spröde zu werden (ferroelektrische Keramik) oder plastisch zu werden (ferroelektrische Polymere).
Die ferroelektrischen Eigenschaften dieser Materialien sind hauptsächlich auf ihre kristallinen Bereiche zurückzuführen, denen es an intrinsischer Elastizität mangelt.
Um das schwierige Problem der ferroelektrischen Reaktion und der elastischen Erholung zu lösen, entwickelten die Forscher eine präzise Methode der „Lichtvernetzung“. Die Forscher verwendeten Polyvinylidenfluorid-Trifluorethylen als Matrixmaterial und weiches langkettiges Polyethylenoxiddiamin als Vernetzungsmittel, um eine Netzwerkstruktur im linearen ferroelektrischen Polymer aufzubauen. Durch die präzise Steuerung der Vernetzungsdichte auf 1–2 % weist der vernetzte ferroelektrische Film hauptsächlich eine β-Phasen-Kristallstruktur auf und ist gleichmäßig im vernetzten Polymernetzwerk verteilt.
Unter Einwirkung von Stress kann sich die Netzwerkstruktur gleichmäßig verteilen und äußeren Kräften standhalten, wodurch Schäden am kristallisierten Bereich gemindert werden. Daher kombinieren diese neu entwickelten ferroelektrischen Materialien Elastizität mit relativ hoher Kristallinität. Experimentelle Ergebnisse zeigen auch, dass der vernetzte Film selbst bei Belastungen von bis zu 70 % eine stabile ferroelektrische Reaktion und elastische Erholung aufrechterhalten kann.
„Basierend auf ihrer Forschung haben Gao Zhiqiang und andere eine neue Forschungsrichtung etabliert – elastische Ferroelektrizität.“ sagte Professor Xiong Rengen, ein international anerkannter Experte für ferroelektrische Materialien.
Elastische ferroelektrische Materialien weisen eine hervorragende Beständigkeit gegen mechanische Ermüdung und ferroelektrische Ermüdung auf und haben breite Anwendungsaussichten in den Bereichen tragbare elektronische Geräte und intelligente medizinische Versorgung.