Исследователи из Университета Кейс Вестерн Резерв разработали более безопасный для окружающей среды вид пластика, который можно использовать для носимой электроники, датчиков и других электрических устройств. Материал, так называемый сегнетоэлектрический полимер, изготовлен без фтора, который считается «вечным химикатом», вредящим экологии, поскольку соединения на его основе не разлагаются быстро или вообще не разрушаются.
Хотя исследователи всё ещё работают над улучшением электрических и эластичных свойств материала, потенциал его гибкости в использовании в электронике и экологичности структуры огромен.
«Как этот материал генерирует свои электрические свойства, также принципиально ново», — сказал ведущий исследователь Лэй Чжу, профессор макромолекулярной науки и инженерии в Инженерной школе Кейс. «В отличие от нынешних сегнетоэлектрических материалов, ему не нужно кристаллизоваться, чтобы зафиксировать полярность, которая придаёт ему электрические свойства».
Исследование, объясняющее открытие, недавно было опубликовано в журнале Science.
Полимеры и их свойства
Полимеры — это большие молекулы, состоящие из длинных цепочек более мелких молекулярных единиц, которые могут быть искусственными (например, пластик) или природными (как волосы человека или ДНК). Изменяя молекулярную структуру и длину полимера, можно варьировать его прочность, гибкость, термостойкость и возможность переработки.
Сегнетоэлектричество относится к определённым материалам с так называемой «спонтанной поляризацией», которую можно изменить, приложив электрическое поле — как выключатель. Сегнетоэлектрические материалы позволяют разрабатывать более мелкие и эффективные электронные устройства, снижая нашу зависимость от традиционных источников энергии.
Новый материал, созданный Чжу и его исследовательской группой, обладает гибкостью и так называемыми настраиваемыми электронными свойствами, что означает, что их можно включать и выключать. У него широкие возможности применения в инфракрасных детекторах и датчиках в носимой электронике, для которых материалы должны быть мягкими, податливыми и эластичными, чтобы быть совместимыми с человеческим телом. Обычные керамические сегнетоэлектрические материалы жёсткие и хрупкие.
Полимеры имеют преимущество в гибкости и лёгкости, но доминирующий сегнетоэлектрический полимер, поли(винидилен фторид), или PVDF, не разлагается естественным путём в окружающей среде, что делает его «вечным химикатом». Новый материал изготовлен без фтора.
Сегнетоэлектрические полимеры также находят применение в датчиках для ультразвуковых диагностических инструментов, поскольку они акустически совместимы с биологическими тканями. Они также потенциально полезны в очках для дополненной и виртуальной реальности (AR и VR).
«Мы всё ещё находимся на стадии разработки, синтезируя небольшие количества и исследуя свойства», — сказал Чжу. «Но мы воодушевлены потенциалом замены экологически вредных пластиков в датчиках и детекторах».
Предоставлено Университетом Кейс Вестерн Резерв.