중국과학원 닝보 재료기술공학연구소 리런웨이(Li Runwei) 연구원이 이끄는 연구팀은 강유전체 재료에 탄성 회복 능력을 부여할 수 있는 '약간의 가교' 방법을 제안했다. 이러한 획기적인 발전은 '탄성 강유전성'이라 불리며, 웨어러블 전자소자 및 스마트 의료 발전을 촉진할 것으로 기대된다. 이번 연구는 최근 사이언스 저널에 게재됐다.
강유전성 재료는 데이터 저장 및 처리, 감지, 에너지 변환 및 광전자 공학과 같은 응용 분야에 유용하므로 매일 사용되는 휴대폰, 태블릿 및 기타 전자 장치에 매우 널리 사용됩니다. 그러나 전통적인 강유전성 재료는 응력 해제 후 탄성 회복율이 보통 2% 미만으로 좋지 않아 부서지기 쉬우거나(강유전성 세라믹) 플라스틱이 되는(강유전성 폴리머) 경향이 있습니다.
이러한 물질의 강유전성 특성은 주로 본질적인 탄성이 부족한 결정 영역에 기인합니다.
강유전체 반응과 탄성 회복이라는 어려운 문제를 해결하기 위해 연구진은 정밀한 '광가교' 방법을 개발했습니다. 연구진은 선형 강유전성 폴리머에 네트워크 구조를 확립하기 위해 매트릭스 재료로 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌을 사용하고 가교제로 연질 장쇄 폴리에틸렌 옥사이드 디아민을 사용했습니다. 가교 밀도를 1~2%로 정밀하게 제어함으로써 가교된 강유전막은 주로 β상 결정 구조를 나타내며 가교된 폴리머 네트워크에 고르게 분산됩니다.
응력 작용 하에서 네트워크 구조는 고르게 분포되고 외부 힘을 견딜 수 있어 결정화 영역의 손상을 완화할 수 있습니다. 따라서 새로 개발된 강유전성 물질은 탄성과 상대적으로 높은 결정성을 겸비하고 있습니다. 실험 결과는 또한 가교된 필름이 70%만큼 높은 변형률에서도 안정적인 강유전성 응답과 탄성 회복을 유지할 수 있음을 보여줍니다.
"그들의 연구를 바탕으로 Gao Zhiqiang 등은 탄성 강유전성이라는 새로운 연구 방향을 확립했습니다." 강유전체 재료 분야에서 국제적으로 유명한 전문가인 Xiong Rengen 교수는 이렇게 말했습니다.
탄성 강유전성 재료는 기계적 피로 및 강유전성 피로에 대한 저항성이 뛰어나며 웨어러블 전자 장치 및 스마트 의료 분야에서 폭넓은 응용 가능성을 가지고 있습니다.