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科學(xué)家找到制造鐵電尼龍薄膜的簡單解決方案
德國美因茨Max Planck聚合物研究所的Saleem Anwar和合作者已經(jīng)開發(fā)出一種制造鐵電尼龍的有效方法。該技術(shù)為利用商用材料廉價(jià)生產(chǎn)鐵電尼龍薄膜提供了支持。這類薄膜有廣泛的潛在應(yīng)用價(jià)值，包括機(jī)器人技術(shù)，生物醫(yī)學(xué)設(shè)備和能量收集。
眾所周知，尼龍是用于服裝的合成材料，但是某些類型的尼龍具有更為復(fù)雜的應(yīng)用。尼龍由通過酰胺連接的重復(fù)脂肪族單元組成。脂肪族化合物是由碳和氫原子形成的開鏈材料，例如甲烷和乙烯。
自發(fā)極化
尼龍重復(fù)的脂肪族單元中的碳原子數(shù)賦予了它特殊的性質(zhì)。當(dāng)該數(shù)字為奇數(shù)時(shí)，尼龍是自發(fā)極化的鐵電體。因此，這種尼龍可用于制造電容器。憑借其機(jī)械性能，鐵電特性使奇數(shù)尼龍成為各種應(yīng)用的理想之選。
根據(jù)該團(tuán)隊(duì)的說法，“構(gòu)造出能在鐵電相中結(jié)晶的光滑，光學(xué)透明，無針孔的奇尼龍薄膜是一個(gè)挑戰(zhàn)”。
團(tuán)隊(duì)稱這種解決方案是一種可以在室溫下執(zhí)行的低成本技術(shù)。尼龍不溶于大多數(shù)普通溶劑，因此尼龍溶液加工的第一步是找到合適的溶劑。 Anwar及其同事發(fā)現(xiàn)，三氟乙酸(TFA)和丙酮的混合物具有正確的性能，可用于少量奇數(shù)尼龍薄膜的溶液處理。
理想晶相
尼龍可以在不同的晶相中凝固，鐵電僅在這些可能的相中的一個(gè)中發(fā)生。這是無定型的氫鍵鏈結(jié)構(gòu)使化合物極化的階段。在這項(xiàng)研究之前，奇數(shù)尼龍的鐵電相在室溫下通過固溶處理而產(chǎn)生。
尼龍薄膜是通過將溶液旋涂在玻璃基板上制成的。然后樣品在高真空中進(jìn)行溶液淬滅，這將使組分凍結(jié)在無組織相中并除去殘留的溶劑。
作者將鐵電尼龍11電容器的性能;常規(guī)鐵電聚合物制成的電容器進(jìn)行了比較。該測試著重于電容器在經(jīng)受連續(xù)應(yīng)力循環(huán)時(shí)保持極化狀態(tài)的能力。在一百萬次應(yīng)力循環(huán)中，尼龍11電容器的性能優(yōu)于傳統(tǒng)電容器。
