Il polimero ferroelettrico PVDF (fluoruro di polivinilidene) ha proprietà interessanti e potrebbe essere utilizzato per immagazzinare informazioni o energia. Uno dei principali svantaggi del PVDF è che i gruppi funzionali extra aggiunti per migliorare determinate proprietà interferiscono anche con la sua ferroelettricità. Per risolvere questo, scienziati dell'Università di Groningen hanno creato copolimeri a blocchi da PVDF che lasciano intatta la sua ferroelettricità, ma permettere loro di sintonizzare le sue caratteristiche. Volevano non solo studiare come funziona questo polimero, ma anche per ampliare il suo uso per includere l'elettronica organica flessibile. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Comunicazioni sulla natura il 6 febbraio.

I polimeri PVDF possiedono strutture polari con dipoli che possono essere allineati con l'applicazione di un campo elettrico. L'orientamento dei dipoli può essere invertito cambiando la direzione del campo elettrico. Il materiale mostra quindi un comportamento commutabile, il che significa che potrebbe essere utilizzato per l'archiviazione delle informazioni. La presenza di dipoli in PVDF e la sua elevata costante dielettrica significa che anche l'accumulo di energia nei condensatori potrebbe essere un'opzione, sebbene la sua ferroelettricità ridurrebbe l'efficienza di tali condensatori.

Separazione di fase

La modifica del materiale potrebbe risolvere questo problema. "Però, la modifica delle molecole attaccando catene laterali influisce sulle loro proprietà ferroelettriche, " spiega Ivan Terzic, un dottorato di ricerca studente presso il Dipartimento di Scienze dei Polimeri dell'Università di Groningen e co-primo autore del libro Comunicazioni sulla natura carta.

Insieme al suo collega Ph.D. studente Niels Meereboer e il loro supervisore, Professoressa Katja Loos, Terzic ha ideato un modo per produrre un copolimero di fluoruro di vinilidene e trifluoroetilene con un gruppo terminale funzionalizzato che può essere collegato a una catena polimerica isolante per formare un copolimero a blocchi. Prossimo, gli scienziati hanno dimostrato che il materiale forma piccoli domini su scala nanometrica attraverso la separazione di fase tra i blocchi. Questi domini assumono forme diverse:lamellare, cilindrico o sferico, per esempio, a seconda del rapporto tra i blocchi.

Film indipendenti

Terzic dice, "Altri hanno provato a preparare copolimeri a blocchi PVDF, ma potevano produrre solo blocchi con catene polimeriche corte. In quel caso, i blocchi si mescolano e non mostrano separazione di fase."

Variando il tipo di blocco e preparando copolimeri a blocchi di lunghezza sufficiente, gli scienziati sono stati in grado di mettere a punto le proprietà del materiale. Una parte importante di questo lavoro è stata la capacità di realizzare film indipendenti del polimero con proprietà meccaniche soddisfacenti. Ciò ha permesso loro di studiare le proprietà del materiale.

Terzic ha utilizzato copolimeri a blocchi per migliorare le interazioni tra PVDF e nano-oggetti inorganici e per migliorarne la dispersione all'interno del polimero. Per esempio, nanoparticelle magnetiche possono essere aggiunte al PVDF per produrre un materiale multiferroico che ha proprietà sia ferroelettriche che ferromagnetiche, il che significa che può essere accoppiato. Per di più, la modifica del comportamento del PVDF potrebbe rendere più efficiente il recupero dell'energia. "Ciò ci consentirebbe di realizzare un condensatore altamente efficiente che potrebbe essere utilizzato ovunque l'energia immagazzinata debba essere rilasciata rapidamente, come nei defibrillatori o per convertire la corrente continua dai pannelli solari in corrente alternata."

Gli autori hanno creato una cassetta degli attrezzi per la produzione di copolimeri a blocchi a base di PVDF con proprietà regolabili. "Possiamo usarlo per aumentare la nostra comprensione delle proprietà ferroelettriche e di altre proprietà del PVDF, ma anche per nuove applicazioni, " dice Terzic. "Il PVDF organico è flessibile, leggero e non tossico, in contrasto con alcuni ferroelettrici inorganici che spesso contengono piombo. Ed è biocompatibile, quindi le applicazioni mediche sono un'altra possibilità interessante".