鐵電聚合物PVDF(聚偏二氟乙烯)具有令人感興趣的特性，可用于存儲(chǔ)信息或能量。PVDF的一個(gè)主要缺點(diǎn)是，如果添加額外的官能團(tuán)以改善某些性能，這也會(huì)干擾其鐵電性。為了解決這個(gè)問題，格羅寧根大學(xué)的科學(xué)家們用PVDF制造了嵌段共聚物，使其鐵電性保持完整，但允許它們調(diào)整其特性。他們不僅希望研究這種聚合物的工作原理，還希望擴(kuò)大其用途，包括柔性有機(jī)電子產(chǎn)品。結(jié)果于2月6日發(fā)表在Nature Communications雜志上。

PVDF聚合物具有帶偶極子的極性結(jié)構(gòu)，其可以與電場(chǎng)的施加對(duì)齊。通過改變電場(chǎng)的方向可以反轉(zhuǎn)偶極子的方向。因此，該材料顯示可切換的行為，這意味著它可以用于信息存儲(chǔ)。PVDF中偶極子的存在及其高介電常數(shù)意味著電容器中的能量存儲(chǔ)也可以是一種選擇，盡管其鐵電性會(huì)降低這種電容器的效率。

相分離

修改材料可能會(huì)解決此問題。“但是，通過連接側(cè)鏈來修飾分子會(huì)影響它們的鐵電性能”，Ivan Terzic博士解釋說。格羅寧根大學(xué)高分子科學(xué)系的學(xué)生，也是Nature Communications論文的共同第一作者。

和他的博士同行一起 學(xué)生Niels Meereboer及其主管，高分子科學(xué)教授Katja Loos，Terzic設(shè)計(jì)了一種生產(chǎn)偏二氟乙烯和三氟乙烯共聚物的方法，該共聚物具有官能化端基，可與絕緣聚合物鏈連接形成嵌段共聚物。接下來，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，這種材料通過塊之間的相分離形成納米尺度的小區(qū)域。這些區(qū)域采用不同的形狀 - 例如層狀，圓柱形或球形 - 取決于塊之間的比例。

獨(dú)立電影

Terzic：'其他人已經(jīng)嘗試制備PVDF嵌段共聚物，但它們只能生產(chǎn)具有短聚合物鏈的嵌段。在這種情況下，塊混合并顯示沒有相分離。通過改變嵌段的類型和制備足夠長度的嵌段共聚物，科學(xué)家們能夠調(diào)整材料的性質(zhì)。這項(xiàng)工作的一個(gè)重要部分是能夠制造具有令人滿意的機(jī)械性能的自支撐聚合物薄膜。“這讓我們可以調(diào)查這些材料的特性。”

Terzic使用嵌段共聚物來改善PVDF與無機(jī)納米物體之間的相互作用，并改善它們?cè)诰酆衔飪?nèi)部的分散。例如，可以將磁性納米顆粒添加到PVDF中以產(chǎn)生具有鐵電和鐵磁性質(zhì)的多鐵材料，這意味著它可以被耦合。此外，改變PVDF的行為可以使能量檢索更有效。“這將使我們能夠制造一種高效的電容器，可以在需要快速釋放存儲(chǔ)能量的地方使用，例如在除顫器中或?qū)⑻柲茈姵匕宓闹绷麟娹D(zhuǎn)換為交流電。”

工具箱

總的來說，作者已經(jīng)創(chuàng)建了一個(gè)工具箱，用于生產(chǎn)具有可調(diào)性質(zhì)的不同PVDF基嵌段共聚物。“我們可以利用它來增加我們對(duì)PVDF的鐵電和其他性能的理解，同時(shí)也可以用于新的應(yīng)用，”Terzic說。'有機(jī)PVDF具有柔韌性，輕質(zhì)和無毒性，與一些通常含有鉛的無機(jī)鐵電體相反。它具有生物兼容性，因此醫(yī)療應(yīng)用是另一種有趣的可能性。