A incapacidade de alterar o comportamento piezoelétrico intrínseco em polímeros orgânicos dificulta sua aplicação em sistemas flexíveis, dispositivos vestíveis e biocompatíveis, de acordo com pesquisadores da Penn State e da North Carolina State University, mas agora uma abordagem molecular pode melhorar essas propriedades piezoelétricas.

"Limite de fase morfotrópica (MPB) é um conceito importante desenvolvido meio século atrás em materiais cerâmicos, "disse Qing Wang, professor de ciência e engenharia de materiais. "Este conceito nunca foi realizado em materiais orgânicos."

O conceito de limite de fase morfotrópica refere-se a mudanças significativas nas propriedades do material que ocorrem na fronteira entre as estruturas cristalinas, e dependem da composição de um material.

O efeito piezoelétrico é um processo reversível que ocorre em alguns materiais. Quando o material é fisicamente comprimido, uma carga elétrica é produzida, e quando uma corrente elétrica passa por ele, resultados de movimento mecânico.

Os pesquisadores analisaram polímeros ferroelétricos de poli (fluoreto de vinilideno-co-trifluoroetileno) - P (VDF-TrFE) - e descobriram que adaptar as moléculas a arranjos específicos em torno de quirais, ou assimétrico, os centros levaram a transições entre estruturas ordenadas e desordenadas e criaram uma região dentro do material onde as propriedades ferroelétricas e relaxantes competem. Os relaxantes são materiais desorganizados, enquanto os materiais ferroelétricos normais são solicitados. Em polímeros ferroelétricos, um efeito semelhante ao MPB é induzido pelas conformações da cadeia molecular que são ajustadas por composições químicas.

"Estudamos a formação de MPB em materiais orgânicos usando uma abordagem combinada de experimento e teoria - cálculos de primeiros princípios de configurações possíveis, síntese de novos polímeros e caracterização abrangente de estruturas e propriedades, "disse Wang.

O trabalho de simulação foi feito na North Carolina State University.

Os pesquisadores também usaram uma ampla variedade de métodos para investigar o polímero, incluindo ressonância magnética nuclear, Difração de pó de raios-X e espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier observando a área de transição e os limites.

"Dada a flexibilidade no design e síntese molecular, este trabalho abre um novo caminho para polímeros piezoelétricos escaláveis ​​de alto desempenho, "os pesquisadores relatam hoje (4 de outubro) em Natureza .