Un equipo de investigación ha desarrollado un enfoque de «ligera reticulación», que aumenta la elasticidad de los materiales ferroeléctricos. Este avance, llamado “ferroeléctricos extensibles”, ofrece avances potenciales en electrónica portátil y atención médica inteligente.
Un grupo de investigación liderado por el Prof. Li Runwei, del Instituto de Ingeniería y Tecnología de Materiales de Ningbo (NIMTE) de la Academia de Ciencias de China (CAS), propuso un método de «ligera reticulación» que imparte recuperación elástica a los materiales ferroeléctricos.
El estudio fue publicado recientemente en la revista Science.
Importancia de los materiales ferroeléctricos
Los materiales ferroeléctricos son muy útiles para aplicaciones como almacenamiento y procesamiento de datos, detección, conversión de energía y optoelectrónica, etc., lo que los hace muy deseables en teléfonos celulares, tabletas y otros dispositivos electrónicos de uso diario.
Sin embargo, una vez que se alivia la tensión, los materiales ferroeléctricos convencionales tienen una baja recuperación elástica, típicamente menos del 2%, y por lo tanto tienden a ser quebradizos (cerámicas ferroeléctricas) o plásticos (polímeros ferroeléctricos).
Ferroeléctricos elásticos bajo 70% de tensión. Crédito: NIMTE
Las propiedades ferroeléctricas de estos materiales se deben principalmente a sus regiones cristalinas, que carecen de elasticidad intrínseca.
La solución de “reticulación ligera”
Para resolver el dilema de la respuesta ferroeléctrica y la recuperación elástica, los investigadores desarrollaron un método preciso de «ligera reticulación».
Utilizando poli(fluoruro de vinilideno-trifluoroetileno) como material de matriz y óxido de polietilendiamina suave de cadena larga como reticulante, los investigadores establecieron una estructura de red en polímeros ferroeléctricos lineales.
Al controlar con precisión la densidad de reticulación entre 1 y 2%, la película ferroeléctrica reticulada exhibió principalmente una estructura cristalina de fase β y se dispersó uniformemente en la red de polímero reticulado.
Bajo tensión, la estructura reticular puede distribuir uniformemente y resistir fuerzas externas, mitigando así el daño a las regiones cristalinas. Por tanto, estos ferroeléctricos recientemente desarrollados combinan elasticidad con una cristalinidad relativamente alta. Los resultados experimentales también mostraron que la película reticulada mantuvo una respuesta ferroeléctrica estable y una recuperación elástica incluso bajo tensiones de hasta el 70%.
Información experta
«Según su estudio», dijo el Prof. XIONG Rengen, un experto de renombre internacional en materiales ferroeléctricos, “Gao et al. estableció una nueva dirección de investigación: los ferroeléctricos elásticos”.
Los ferroeléctricos elásticos como estos, con una excelente resistencia a la fatiga mecánica y ferroeléctrica, tienen amplias perspectivas de aplicación en electrónica portátil y atención médica inteligente.
Referencia: “Polímero ferroeléctrico intrínsecamente elástico mediante reticulación ligera y precisa” por Liang Gao, Ben-Lin Hu, Linping Wang, Jinwei Cao, Ri He, Fengyuan Zhang, Zhiming Wang, Wuhong Xue, Huali Yang y Run-Wei Li , 3 de agosto de 2023, Ciencia.
DOI: 10.1126/ciencia.adh2509
Este trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, el Programa de Talento Qianjiang de la provincia de Zhejiang y la Fundación Educativa KC Wong, entre otros.
