p A microestrutura e as propriedades eletromecânicas macroscópicas estão intimamente ligadas nos chamados polímeros ferroelétricos. Uma explicação para a dependência de alta temperatura desse acoplamento foi agora encontrada na TU Wien. p Em certos materiais, efeitos elétricos e mecânicos estão intimamente ligados:por exemplo, o material pode mudar sua forma quando um campo elétrico é aplicado ou, por outro lado, um campo elétrico pode ser criado quando o material é deformado. Esses materiais eletromecanicamente ativos são muito importantes para muitas aplicações técnicas.

p Usualmente, tais materiais são especiais, cristais inorgânicos, que são duros e quebradiços. Por esta razão, os chamados polímeros ferroelétricos estão agora sendo usados. Eles são caracterizados pelo fato de que suas cadeias de polímero existem simultaneamente em duas microestruturas diferentes:algumas áreas são fortemente ordenadas (cristalinas), enquanto áreas desordenadas (amorfas) se formam no meio. Esses compósitos semicristalinos são eletromecanicamente ativos e, portanto, combinam efeitos elétricos e mecânicos, mas, ao mesmo tempo, são flexíveis e macios. Na TU Wien, tais materiais foram agora estudados em detalhes, com resultados surpreendentes:acima de uma certa temperatura, as propriedades mudam dramaticamente. Uma equipe de pesquisa da TU Wien em cooperação com grupos de pesquisa de Madrid e Londres agora pode explicar por que isso acontece.

p De microssensores a têxteis inteligentes

p “Se você pode controlar o comportamento mecânico de um material com a ajuda de campos elétricos, você pode usá-lo para construir sensores minúsculos, por exemplo, "diz o Prof. Ulrich Schmid do Instituto de Sistemas de Sensores e Atuadores da TU Wien." Isso também é interessante para microscópios de força atômica, onde você define uma pequena ponta em vibração para escanear uma superfície e gerar uma imagem. "

p O campo de aplicação de tais materiais pode ser expandido dramaticamente se for possível induzir tais propriedades eletromecânicas não apenas em materiais rígidos, mas também flexível, materiais macios. Por um lado, materiais flexíveis têm um comportamento de vibração completamente diferente, que pode ser explorado na construção de sensores minúsculos. Por outro lado, esses materiais também abrem possibilidades completamente novas, como têxteis inteligentes, armazenamento flexível de energia ou para coleta integrada de energia.

p "Os sólidos podem ser cristalinos, nesse caso, os átomos estão dispostos em uma rede regular, ou podem ser amorfos, nesse caso, os átomos individuais são distribuídos aleatoriamente, "explica Jonas Hafner, que está trabalhando neste projeto de pesquisa como parte de sua dissertação. “O que é especial sobre o material que estudamos é que pode ser os dois ao mesmo tempo:forma regiões cristalinas, e no meio o material é amorfo. "

p Os cristais são responsáveis ​​pelas propriedades eletromecânicas do material, a matriz amorfa mantém os minúsculos cristais juntos, no geral, criando um muito macio, material flexível.

p Muito calor

p Para poder desenvolver e melhorar ainda mais esses materiais, a equipe de pesquisa primeiro investigou suas propriedades físicas básicas. Durante suas investigações, eles encontraram um fenômeno surpreendente:os polímeros ferroelétricos, que consistem em uma combinação de áreas cristalinas e amorfas, mudar sua composição microscópica em uma determinada temperatura - o que tem efeitos surpreendentes no comportamento eletromecânico macroscópico.

p Normalmente, as propriedades eletromecânicas de um material só desaparecem quando uma temperatura muito alta causa grandes oscilações no nível atômico, que a ordem elétrica no material desaparece completamente. Essa temperatura crítica é chamada de "temperatura de Curie". Mas, no caso do material que está sendo estudado, as coisas são mais complicadas:"No nosso caso, as propriedades eletromecânicas dos minúsculos cristais permanecem. Microscopicamente, os cristais ainda são eletroativos, mas no nível macroscópico, este comportamento eletroativo desaparece, "diz Jonas Hafner.

p Contato perdido entre os grãos de cristal

p A equipe conseguiu explicar como esse efeito ocorre:À medida que a temperatura sobe, a proporção de áreas amorfas do polímero aumenta, e em certo ponto os minúsculos cristais perdem o contato direto entre si. Isso significa que as forças mecânicas não podem mais ser transferidas de um dos minúsculos cristais para o próximo, porque todos eles estão completamente embutidos em uma matriz amorfa de amortecimento. Isso muda drasticamente o comportamento mecânico e eletromecânico do material.

p "Só se entendermos esses efeitos fundamentais podemos explicar como as propriedades microscópicas e macroscópicas se correlacionam em tais materiais, "diz Ulrich Schmid." Estamos trabalhando com vários parceiros de projeto que usam esses materiais - em microscópios de força atômica, em sensores, em chips. Existem inúmeras aplicações potenciais para esta fase de material emocionante. "