L'incapacità di alterare il comportamento piezoelettrico intrinseco nei polimeri organici ostacola la loro applicazione in materiali flessibili, dispositivi indossabili e biocompatibili, secondo i ricercatori della Penn State e della North Carolina State University, ma ora un approccio molecolare può migliorare quelle proprietà piezoelettriche.

"Il confine di fase morfotropico (MPB) è un concetto importante sviluppato mezzo secolo fa nei materiali ceramici, " disse Qing Wang, professore di scienze e ingegneria dei materiali. "Questo concetto non è mai stato realizzato prima in materiali organici."

Il concetto di confine di fase morfotropico si riferisce a cambiamenti significativi nelle proprietà del materiale che si verificano al confine tra strutture cristalline, e dipendono dalla composizione di un materiale.

L'effetto piezoelettrico è un processo reversibile che si verifica in alcuni materiali. Quando il materiale è fisicamente compresso, viene prodotta una carica elettrica, e quando una corrente elettrica lo attraversa, risultati del movimento meccanico.

I ricercatori hanno esaminato i copolimeri ferroelettrici poli(fluoruro di vinilidene-co-trifluoroetilene) —P(VDF-TrFE)—e hanno scoperto che adattando le molecole a disposizioni specifiche intorno a chirale, o asimmetrico, centri hanno portato a transizioni tra strutture ordinate e disordinate e hanno creato una regione all'interno del materiale in cui le proprietà ferroelettriche e rilassanti competono. I rilassanti sono materiali disorganizzati, mentre vengono ordinati i normali materiali ferroelettrici. Nei polimeri ferroelettrici, un effetto simile a MPB è indotto dalle conformazioni della catena molecolare che sono adattate dalle composizioni chimiche.

"Abbiamo studiato la formazione di MPB nei materiali organici utilizzando un esperimento combinato e un approccio teorico:calcoli dei primi principi di possibili configurazioni, sintesi di nuovi polimeri e caratterizzazione completa di strutture e proprietà, " ha detto Wang.

Il lavoro di simulazione è stato svolto presso la North Carolina State University.

I ricercatori hanno anche utilizzato un'ampia varietà di metodi per studiare il polimero, inclusa la risonanza magnetica nucleare, Diffrazione di raggi X su polvere e spettroscopia infrarossa trasformata di Fourier guardando l'area di transizione e i confini.

"Data la flessibilità nella progettazione e nella sintesi molecolare, questo lavoro apre una nuova strada per polimeri piezoelettrici scalabili ad alte prestazioni, " riferiscono oggi i ricercatori (4 ottobre) in Natura .