La incapacidad para alterar el comportamiento piezoeléctrico intrínseco en polímeros orgánicos dificulta su aplicación en flexibles, dispositivos portátiles y biocompatibles, según investigadores de Penn State y North Carolina State University, pero ahora un enfoque molecular puede mejorar esas propiedades piezoeléctricas.

"El límite de fase morfotrópica (MPB) es un concepto importante desarrollado hace medio siglo en materiales cerámicos, "dijo Qing Wang, profesor de ciencia e ingeniería de materiales. "Este concepto nunca antes se había realizado en materiales orgánicos".

El concepto de límite de fase morfotrópica se refiere a cambios significativos en las propiedades del material que ocurren en el límite entre estructuras cristalinas, y dependen de la composición de un material.

El efecto piezoeléctrico es un proceso reversible que ocurre en algunos materiales. Cuando el material se comprime físicamente, se produce una carga eléctrica, y cuando una corriente eléctrica lo atraviesa, resultados de movimiento mecánico.

Los investigadores analizaron los copolímeros ferroeléctricos de poli (fluoruro de vinilideno-co-trifluoroetileno) —P (VDF-TrFE) —y encontraron que adaptar las moléculas a arreglos específicos alrededor de quirales, o asimétrico, Los centros llevaron a transiciones entre estructuras ordenadas y desordenadas y crearon una región dentro del material donde compiten las propiedades ferroeléctricas y relajantes. Los relajantes son materiales desorganizados, mientras que se solicitan materiales ferroeléctricos normales. En polímeros ferroeléctricos, un efecto similar al MPB es inducido por las conformaciones de la cadena molecular que se adaptan a las composiciones químicas.

"Estudiamos la formación de MPB en materiales orgánicos utilizando un experimento combinado y un enfoque teórico:primeros cálculos de principios de posibles configuraciones, síntesis de nuevos polímeros y caracterización integral de estructuras y propiedades, "dijo Wang.

El trabajo de simulación se realizó en la Universidad Estatal de Carolina del Norte.

Los investigadores también utilizaron una amplia variedad de métodos para investigar el polímero, incluida la resonancia magnética nuclear, Difracción de rayos X en polvo y espectroscopía infrarroja transformada de Fourier que examinan el área de transición y los límites.

"Dada la flexibilidad en el diseño y la síntesis molecular, este trabajo abre una nueva vía para polímeros piezoeléctricos escalables de alto rendimiento, "los investigadores informan hoy (4 de octubre) en Naturaleza .