2015: Изучена взаимосвязь локального пьезоотклика и молекулярной подвижности в сегнетоэлектрических полимерах

Учеными физического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова в сотрудничестве с коллегами из НИФХИ им. Карпова и МИСИС изучена взаимосвязь локального пьезоотклика и молекулярной подвижности в сегнетоэлектрических полимерах.

Органические сегнетоэлектрические полимеры на основе винилиденфторида (ВДФ) привлекают внимание из-за сильных пьезоэлектрических и пироэлектрических свойств. Особенностями структуры этих полимеров является наличие в них как минимум двух фаз – кристаллической и аморфной (неупорядоченной). Кроме того, эти соединения принадлежат к классу гибкоцепных полимеров, которые характеризуются низкой температурой стеклования (~ -40С). Это означает, что при комнатных температурах и выше эти полимеры обладают сильной динамической гетерогенностью: молекулярная подвижность в кристаллической и аморфной фазах существенно различны.

В работе исследованы топография поверхности, локальный пьезоэлектрический отклик и диэлектрические релаксационные процессы, характеризующие молекулярную подвижность в пленках сегнетоэлектрического сополимера ВДФ и тетрафторэтилена (ТФЭ) различного состава. Показано, что сополимеры с более высоким содержанием ТФЭ кристаллизуются с формированием более крупных кристаллов полярной фазы. При этом они показывают более высокие значения пьезоэлектрического отклика и пониженные значения энергии активации локальной и кооперативной молекулярной подвижности.

Воздействие постоянным электрическим полем обнаруживает образование заполяризованных областей, обладающих невысокой стабильностью. Показано, что закономерности процесса поляризации и характеристики локального пьезоэффекта контролируются несколькими факторами. С одной стороны, важна конформационная структура цепей исследуемого сополимера. С другой стороны, области, отвечающие за появление локального пьезоэффекта, должны включать участки как кристаллической, так и неупорядоченной фазы.

Пьезоэлектрические свойства описанных полимеров позволяют применять их в качестве сенсоров в органической электронике.

Результаты данного исследования были опубликованы в статье: V.V. Kochervinskii, D.A. Kiselev, M.D. Malinkovich, A.S. Pavlov, I.A. Malyshkina "Local piezoelectric response, structural and dynamic properties of ferroelectric copolymers of vinylidene fluoride–tetrafluoroethylene" Colloid and Polymer Science 293, 533–543 (2015).