6月10日，《先进材料》（Advanced Materials）在线刊发一项关于探索压电材料中构筑准同型相界新方法的研究成果，题为“辐照诱导铁电聚合物准同型相界”（Morphotropic phase boundary in irradiated ferroelectric polymers）。该研究由我校材料学院、化学与化工学院及中国科学院声学研究所东海研究站合作完成，我校材料学院、材料成形与模具技术全国重点实验室为第一完成单位及第一通讯单位，刘洋教授、周华民教授、化学与化工学院齐伟副教授及该团队博士后李晨祎博士为论文共同通讯作者，该团队博士生刘煜泉为第一作者，合作者还包括中国科学院声学研究所东海研究站童晖副研究员。
准同型相界（morphotropic phase boundary）是源自压电陶瓷材料中的物理概念，表现为相图中两相互相竞争的过渡区域，用于显著提高材料的压电性能，是压电材料领域最受关注的概念。2018年，这一概念首次拓展到铁电聚偏氟乙烯-三氟乙烯（P(VDF-TrFE)）共聚物中，为开发高性能柔性压电器件提供了新思路（Nature 562, 96 (2018)）。现有构建准同型相界的方法多是通过调控共聚单体含量探寻最佳相界组分，从而获得最高的压电性能。然而，在共聚物合成过程中，往往伴随着投料比例与实际合成产物组分不一致的问题，导致最佳相界均匀组分难以实现规模化制备，限制了其广泛应用。因而，目前亟需开发不依赖于传统组分调控策略构筑准同型相界的新型普适性方法。
图1 a，粒子束辐照产生杠杆效应诱导准同型相界的机理示意图；b，辐照P(VDF-TrFE) 65/35 mol%的X射线衍射图；c，温度-辐照剂量相图。
鉴于此，团队提出辐照诱导准同型相界的新方法（图1a）。该方法通过高能粒子辐照诱导聚合物由铁电相（all-trans）向弛豫铁电相（3/1 helix）的转变，相转变程度与辐照剂量呈正相关，在适中剂量条件下会出现两相共存与竞争的过渡区域，形成准同型相界（图1b和图1c）。在相界附近，辐照改性P(VDF-TrFE)的压电系数d33达到-70 pC/N（图2a和图2b），是商用压电聚合物聚偏氟乙烯（PVDF）的两倍。研究进一步发现，该方法不依赖于化学合成新聚合物组分和辐照源，在不同聚合物组分和辐照源（如质子和电子）条件下均适用（图1c），证明该方法具有普适性。研究进一步证实，辐照诱导准同型相界的结构具有长期稳定性（图1d），且辐照膜材压电性能均匀（图1e）。特别是电子辐照改性方案，可以结合薄膜卷膜机进行连续化卷对卷加工，批量制备高性能压电聚合物薄膜（图1f），为规模化应用压电聚合物开辟了新的途径。
图2 a，P(VDF-TrFE) 65/35 mol%中d33与质子束辐照剂量的关系；b，P(VDF-TrFE) 55/45 mol%中d33与质子束辐照剂量的关系；c，采用电子和质子辐照P(VDF-TrFE) 65/35 mol%的电场致形变对比图；d，辐照P(VDF-TrFE) 65/35 mol%当天和10个月后的X射线衍射图；e，辐照P(VDF-TrFE) 55/45 mol%在A纸尺寸下的d33均匀性；f，电子辐照-薄膜卷膜机连续化卷对卷制备改性压电聚合物膜材示意图。
论文链接
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adma.202502099
© 版权声明
本文由分享者转载或发布，内容仅供学习和交流，版权归原文作者所有。如有侵权，请留言联系更正或删除。
相关文章
暂无评论...