Uma nova compreensão fundamental do comportamento ferroelétrico relaxante polimérico pode levar a avanços na eletrônica flexível, atuadores e transdutores, armazenamento de energia, sensores piezoelétricos e resfriamento eletrocalórico, de acordo com uma equipe de pesquisadores da Penn State e do estado da Carolina do Norte.

Os pesquisadores debateram a teoria por trás do mecanismo de relaxores ferroelétricos por mais de 50 anos, disse Qing Wang, professor de ciência e engenharia de materiais na Penn State. Embora os ferroelétricos relaxores sejam bem conhecidos, materiais fundamentalmente fascinantes e tecnologicamente úteis, uma Natureza artigo comentou em 2006 que eles eram heterogêneos, bagunças sem esperança.

Sem uma compreensão fundamental do mecanismo, pouco progresso foi feito no projeto de novos materiais ferroelétricos relaxores. O novo entendimento, que depende tanto do experimento quanto da modelagem teórica, mostra que a ferroeletricidade relaxante em polímeros vem de distúrbios de conformação de cadeia induzidos por quiralidade. A quiralidade é uma característica de muitos materiais orgânicos em que as moléculas são imagens espelhadas umas das outras, mas não exatamente o mesmo. O mecanismo de relaxamento em polímeros é muito diferente do mecanismo proposto para cerâmicas cujo comportamento de relaxamento se origina de distúrbios químicos.

"Diferente de ferroelétricos, relaxores não exibem grandes domínios ferroelétricos de longo alcance, mas domínios polares locais desordenados, "Wang explicou." A pesquisa em materiais poliméricos relaxantes tem sido desafiadora devido à presença de múltiplas fases, como a cristalina, área interfacial amorfa e cristalino-amorfa em polímeros. "

Em capacitores de armazenamento de energia, relaxantes podem fornecer uma densidade de energia muito maior do que os ferroelétricos normais, que possuem alta perda ferroelétrica que se transforma em calor residual. Além disso, relaxantes podem gerar maior tensão sob os campos elétricos aplicados e ter uma eficiência muito melhor de conversão de energia do que os ferroelétricos normais, o que os torna materiais preferidos para atuadores e sensores.

A Penn State tem uma longa história de descoberta de materiais ferroelétricos. Qiming Zhang, professor de engenharia elétrica na Penn State, descobriu o primeiro polímero ferroelétrico relaxante em 1998, quando ele usou um feixe de elétrons para irradiar um polímero ferroelétrico e descobriu que ele havia se tornado um relaxante. Zhang, juntamente com Qing Wang, também fez descobertas seminais no efeito eletrocalórico usando polímeros relaxantes, que permite o resfriamento em estado sólido sem o uso de gases nocivos e usa muito menos energia do que a refrigeração convencional.

"A nova compreensão do comportamento do relaxante abriria oportunidades sem precedentes para projetarmos polímeros ferroelétricos relaxantes para uma gama de aplicações de armazenamento e conversão de energia, "disse Wang.

Trabalho deles, "Propriedades relaxantes induzidas pela quiralidade em polímeros ferroelétricos, "aparece hoje, 29 de junho no jornal Materiais da Natureza .