강유전체 재료에 탄성회복을 부여하는 방법 제안

2023년 8월 3일

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중국과학원 제공

중국과학원(CAS) 산하 닝보 재료기술공학연구소(NIMTE) 리룬웨이(Li Runwei) 교수 연구팀이 강유전체 재료에 탄성 회복을 부여하는 '약간의 가교' 방법을 제안했다. 이 연구는 사이언스(Science)에 게재되었습니다.

강유전성 재료는 데이터 저장 및 처리, 감지, 에너지 변환, 광전자 공학 등과 같은 응용 분야에 매우 유용하므로 휴대전화, 태블릿 및 일상적으로 사용되는 기타 전자 장치에 매우 바람직합니다.

그러나 응력이 완화된 후 기존의 강유전성 재료는 일반적으로 2% 미만의 낮은 탄성 회복률을 나타내므로 부서지기 쉬운(강유전성 세라믹) 또는 플라스틱(강유전성 폴리머)이 되는 경향이 있습니다.

이러한 물질의 강유전성 특성은 주로 본질적인 탄성이 부족한 결정 영역에 기인합니다.

강유전성 반응과 탄성 회복의 딜레마를 해결하기 위해 연구진은 정밀한 '약간의 가교' 방법을 개발했습니다.

매트릭스 재료로 폴리(비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌)을 사용하고 가교제로 연질 장쇄 폴리에틸렌 옥사이드 디아민을 사용하여 연구진은 선형 강유전성 폴리머에 네트워크 구조를 확립했습니다.

가교 밀도를 1~2%로 정밀하게 제어함으로써 가교된 강유전막은 주로 β상 결정 구조를 나타내며 가교 폴리머 네트워크에 균일하게 분산되었습니다.

스트레스를 받는 경우 네트워크 구조는 외부 힘을 고르게 분산하고 견딜 수 있어 결정 영역의 손상을 완화할 수 있습니다. 따라서 새로 개발된 이러한 강유전체는 탄성과 상대적으로 높은 결정성을 결합합니다. 실험 결과는 또한 가교된 필름이 최대 70%의 변형 하에서도 안정적인 강유전성 응답과 탄성 회복을 유지한다는 것을 보여주었습니다.

강유전체 재료 분야의 국제적으로 유명한 전문가인 Xiong Rengen 교수는 "그들의 연구를 바탕으로 Gao 등은 탄성 강유전체라는 새로운 연구 방향을 확립했습니다."라고 말했습니다.

이와 같은 탄성 강유전체는 기계적 및 강유전성 피로에 대한 저항성이 뛰어나 웨어러블 전자 장치 및 스마트 건강 관리 분야에서 광범위한 응용 가능성을 가지고 있습니다.

추가 정보: Liang Gao et al, 가격이 낮은 약간의 가교에 의한 고유 탄성 고분자 강유전성, Science (2023). DOI: 10.1126/science.adh2509. www.science.org/doi/10.1126/science.adh2509

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