Una nueva comprensión fundamental del comportamiento ferroeléctrico del relajante polimérico podría conducir a avances en la electrónica flexible, actuadores y transductores, almacen de energia, sensores piezoeléctricos y enfriamiento electrocalórico, según un equipo de investigadores de Penn State y North Carolina State.

Los investigadores han debatido la teoría detrás del mecanismo de los ferroeléctricos relajantes durante más de 50 años. dijo Qing Wang, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en Penn State. Si bien los ferroeléctricos relajantes son bien reconocidos, materiales fundamentalmente fascinantes y tecnológicamente útiles, a Naturaleza artículo comentó en 2006 que eran heterogéneos, líos desesperados.

Sin una comprensión fundamental del mecanismo, Se ha avanzado poco en el diseño de nuevos materiales ferroeléctricos relajantes. El nuevo entendimiento que se basa en modelos experimentales y teóricos, muestra que la ferroelectricidad relajante en los polímeros proviene de los trastornos de la conformación de la cadena inducidos por la quiralidad. La quiralidad es una característica de muchos materiales orgánicos en los que las moléculas son imágenes especulares entre sí, pero no exactamente lo mismo. El mecanismo de relajación en los polímeros es muy diferente del mecanismo propuesto para las cerámicas cuyo comportamiento de relajación se origina en trastornos químicos.

"A diferencia de los ferroeléctricos, los relajantes no exhiben grandes dominios ferroeléctricos de largo alcance, sino dominios polares locales desordenados, "Wang explicó." La investigación en materiales poliméricos relajantes ha sido un desafío debido a la presencia de múltiples fases como cristalina, área interfacial amorfa y cristalina-amorfa en polímeros ".

En condensadores de almacenamiento de energía, Los relajantes pueden entregar una densidad de energía mucho más alta que los ferroeléctricos normales, que tienen una alta pérdida ferroeléctrica que se convierte en calor residual. Además, Los relajantes pueden generar una mayor tensión bajo los campos eléctricos aplicados y tienen una eficiencia de conversión de energía mucho mejor que los ferroeléctricos normales. lo que los convierte en materiales preferidos para actuadores y sensores.

Penn State tiene una larga historia de descubrimientos en materiales ferroeléctricos. Qiming Zhang, profesor de ingeniería eléctrica en Penn State, descubrió el primer polímero ferroeléctrico relajante en 1998, cuando utilizó un haz de electrones para irradiar un polímero ferroeléctrico y descubrió que se había convertido en un relajante. Zhang junto con Qing Wang también hicieron descubrimientos fundamentales en el efecto electrocalórico utilizando polímeros relajantes, que permite el enfriamiento en estado sólido sin el uso de gases nocivos y utiliza mucha menos energía que la refrigeración convencional.

"La nueva comprensión del comportamiento de los relajantes nos brindaría oportunidades sin precedentes para diseñar polímeros ferroeléctricos relajantes para una variedad de aplicaciones de conversión y almacenamiento de energía, "dijo Wang.

Su trabajo, "Propiedades relajantes inducidas por quiralidad en polímeros ferroeléctricos, "aparece hoy, 29 de junio en el diario Materiales de la naturaleza .