
铁电体材料,存在着广泛的机电耦合效应Electromechanical (EM) coupling,即电能和机械能之间的转换。铁电聚合物材料具有弱电磁耦合,这严重限制了其应用。
今日,美国 宾夕法尼亚州立大学Q. M. Zhang团队Xin Chen和Hancheng Qin共同一作在Science上发文,报道了在弛豫铁电体聚(偏氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯)三元共聚物(relaxor ferroelectric poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene-chlorofluoroethylene,PVDF-TrFE-CFE)terpolymer,引入了少量的氟化炔烃 fluorinated alkyne(FA)单体(<2mol%),其显著增强了强电磁耦合的极化变化,同时抑制了对其没有贡献的其他极化变化。在40兆伏>1000皮米/伏。这种溶液加工聚合物的优异性能,可与陶瓷氧化物压电材料相媲美,在不同应用中呈现潜力。

Relaxor ferroelectric polymer exhibits ultrahigh electromechanical coupling at low electric field。
弛豫铁电聚合物在低电场下表现出超高的机电耦合。

图1.P(VDF-TrFE-CFE-FA)弛豫聚合物的力电性能.

图2. P(VDF-TrFE-CFE-FA)弛豫聚合物的极化数据和电致伸缩系数

图3.P(VDF-TrFE-CFE-FA)弛豫聚合物的结构分析.
表1. 偏场下四元共聚物的电磁性能

压电材料性能最好的是氧化物陶瓷,广泛用于传感器和致动器。该项研究在聚(偏二氟乙烯)三氟乙烯poly(vinylidene difluoride) trifluoroethylene中添加了两种额外成分,以改善机电耦合electromechanical coupling。所得到的四元共聚物 tetrapolymer,呈现显著改善的压电性能,并且其似乎可与传统的氧化物竞争。这种四元聚合物压电材料的柔韧性和制造相对容易,有着广泛的应用前景。
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