Как ультратонкие полимерные пленки можно использовать для технологий хранения

Точно приложенное механическое давление может улучшить электронные свойства широко используемого полимерного материала. Для этого требуется, чтобы материал был механически обработан с точностью до нескольких нанометров, пишет команда из Университета Мартина Лютера Галле-Виттенберг (MLU) в научном журнале. Передовые электронные материалы. В своем новом исследовании исследователи показывают, как работает этот ранее неизвестный физический эффект и как его можно использовать для новых технологий хранения. Команде также удалось нарисовать герб города Галле в виде электрического узора с пространственным разрешением материала 50 нанометров.

Поливинилиденфторид (ПВДФ) представляет собой полимер, широко используемый в промышленности для производства уплотнений, мембран и упаковочных пленок. Он обладает многими практическими свойствами, так как является растяжимым, биосовместимым и относительно недорогим в производстве. «ПВДФ также является сегнетоэлектрическим материалом. Это означает, что он имеет положительное и отрицательные заряды которые пространственно разделены, что может быть использовано для технологии хранения», — говорит профессор физики Катрин Дёрр из MLU. Однако есть и недостаток: ПВДФ — это полукристаллический материал, структура которого, в отличие от кристаллов, не полностью упорядочена. В материале так много беспорядка, что некоторые свойства, которыми вы на самом деле хотели бы воспользоваться, теряются», — говорит Дёрр.

Ее команда случайно обнаружила, что атомно-силовая микроскопия можно использовать для установления определенного электрического порядка в материале. Этот метод обычно включает сканирование образца материала наконечником размером всего несколько нанометров. Затем лазер используется для измерения и оценки производимых вибраций. «Это позволяет нам анализировать структуру поверхности материала на наноуровне», — говорит Дёрр. Атомно-силовые микроскопы также можно использовать для приложения давления к образцу материала с помощью крошечного наконечника. Физики MLU обнаружили, что это также изменяет электрические свойства PVDF.

«Давление упруго сжимает материал в нужной точке, не смещая молекулы, из которых он состоит», — объясняет Дёрр. Электрическая поляризация материала (т. е. его электрическая ориентация) вращается в направлении давления. Таким образом, поляризацию можно контролировать и переориентировать на наноуровне. Электрические домены, созданные таким образом, чрезвычайно стабильны и оставались неповрежденными через четыре года после первоначального эксперимента.

Эффект, обнаруженный исследователями из Галле, можно контролировать настолько точно, что они смогли использовать электрические заряды, чтобы нарисовать в материале наноразмерную версию герба города — вероятно, самую маленькую в мире. Новый процесс может помочь использовать такие материалы, как PVDF, в новых электрических и накопительных устройствах.

Предоставлено Университетом Мартина Лютера в Галле-Виттенберге.