Una serie de nanotubos huecos de polímeros piezoeléctricos cultivados por investigadores de A * STAR podría usarse como un sensor acústico extremadamente sensible.

Los tubos están hechos de un polímero piezoeléctrico llamado poli (fluoruro de vinilideno-cotrifluoroetileno), o P (VDF-TrFE):al que la aplicación de un voltaje provoca un cambio de forma; en cambio, el polímero genera un voltaje cuando se presiona o se retuerce. Los polímeros piezoeléctricos son considerablemente más flexibles que otros materiales piezoeléctricos, y responden muy bien a la presión.

La formación de nanotubos de materiales piezoeléctricos puede mejorar sus propiedades, pero los nanotubos poliméricos flexibles tienden a agregarse en haces.

Kui Yao y colegas del Instituto A * STAR de Investigación e Ingeniería de Materiales, y la Universidad Nacional de Singapur, ahora han desarrollado un método para crear matrices verticales de nanotubos huecos de P (VDF-TrFE), aumentando significativamente sus capacidades piezoeléctricas. "Por primera vez, Hemos demostrado un rendimiento piezoeléctrico mejorado en una matriz de nanotubos P (VDF-TrFE) de alta calidad, "dice Yao.

El equipo primero hizo una plantilla, una hoja delgada de alúmina anodizada con poros verticales de hasta 4 micrómetros de profundidad y 350 nanómetros de ancho, y agregó una capa de P (VDF-TrFE). Calentar a 250 grados Celsius fundió el polímero en los poros, recubriendo sus paredes. Repitieron el ciclo 15 veces para crear una capa de polímero de 60 nanómetros de espesor.

Cubrieron la plantilla cargada de polímero con un electrodo de oro fino, luego volteó la estructura y la montó sobre un sustrato de vidrio. Usaron un ácido para eliminar parte de la alúmina, exponiendo las puntas de los nanotubos poliméricos huecos en el interior (ver imagen), y los cubrió con otro electrodo de oro.

La difracción de rayos X y la espectrometría infrarroja revelaron que la polarización eléctrica del polímero estaba alineada con el eje del nanotubo, lo que aumentó la polarización general en esa dirección en 1,5 veces. "El mecanismo dominante para un rendimiento piezoeléctrico mejorado se basa en esta orientación molecular única y la estructura del nanotubo, "dice Yao.

Los investigadores encontraron que un voltaje alterno cambiaba la tensión de los nanotubos casi el doble que una película P estándar (VDF-TrFE). También plantearon la hipótesis de que aplicar una pequeña tensión a la estructura podría producir un voltaje muchas veces mayor que los materiales piezoeléctricos convencionales. y más de tres veces el de una película de polímero piezoeléctrico estándar. "Estos son indicadores importantes del rendimiento de un material piezoeléctrico para aplicaciones electromecánicas como recolectores de energía, sensores y transductores, ", dice Yao." Ahora estamos trabajando para la demostración de sensores acústicos que utilizan la matriz de nanotubos P (VDF-TrFE), con una sensibilidad mejorada en comparación con las películas piezoeléctricas convencionales ".