Una nueva comprensión fundamental del comportamiento ferroeléctrico del relajante polimérico podría conducir a avances en electrónica flexible, actuadores y transductores, almacenamiento de energía, sensores piezoeléctricos y enfriamiento electrocalórico, según un equipo de investigadores en Penn State y North Carolina State.
Los investigadores han debatido la teoría detrás del mecanismo de los ferroeléctricos relajantes durante más de 50 años, dijo Qing Wang, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en Penn State. Si bien los ferroeléctricos relajantes son materiales reconocidos, fundamentalmente fascinantes y tecnológicamente útiles, a Naturaleza el artículo comentó en 2006 que eran un desastre heterogéneo y sin esperanza.
Sin una comprensión fundamental del mecanismo, se ha avanzado poco en el diseño de nuevos materiales ferroeléctricos relajantes. La nueva comprensión, que se basa tanto en experimentos como en modelos teóricos, muestra que la ferroelectricidad relajante en los polímeros proviene de trastornos de conformación de la cadena inducidos por quiralidad.La quiralidad es una característica de muchos materiales orgánicos en los que las moléculas son imágenes especulares entre sí, pero no exactamente lo mismo. El mecanismo de relajación en los polímeros es muy diferente del mecanismo propuesto para las cerámicas cuyo comportamiento de relajación se origina en los trastornos químicos.
Explicó Wang. "A diferencia de los ferroeléctricos, los relajantes no muestran grandes dominios ferroeléctricos de largo alcance, sino dominios polares locales desordenados", explicó Wang. "La investigación en materiales poliméricos relajantes ha sido un desafío debido a la presencia de múltiples fases como cristalina, amorfa y cristalina-amorfa área interfacial en polímeros "
En los condensadores de almacenamiento de energía, los relajantes pueden entregar una densidad de energía mucho más alta que los ferroeléctricos normales, que tienen una alta pérdida ferroeléctrica que se convierte en calor residual. Además, los relajantes pueden generar una tensión mayor bajo los campos eléctricos aplicados y tienen una eficiencia mucho mejorconversión de energía que la ferroeléctrica normal, lo que los convierte en materiales preferidos para actuadores y sensores.
Penn State tiene una larga historia de descubrimientos en materiales ferroeléctricos. Qiming Zhang, profesor de ingeniería eléctrica en Penn State, descubrió el primer polímero ferroeléctrico relajante en 1998, cuando utilizó un haz de electrones para irradiar un polímero ferroeléctrico y descubrió que se había convertidoZhang junto con Qing Wang también hicieron descubrimientos seminales en el efecto electrocalórico utilizando polímeros relajantes, lo que permite el enfriamiento en estado sólido sin el uso de gases nocivos y utiliza mucha menos energía que la refrigeración convencional.
"La nueva comprensión del comportamiento de los relajantes nos abriría oportunidades sin precedentes para diseñar polímeros ferroeléctricos relajantes para una gama de aplicaciones de almacenamiento y conversión de energía", dijo Wang.
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Materiales proporcionado por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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