【仪表网 研发快讯】在过去的几十年中，通过在基于陶瓷的弛豫铁电材料中构建准同型相界(MPB)行为，成功实现了压电系数的显著提升，使其在执行器、换能器和传感器应用中表现出色。然而，在柔性铁电聚合物，如聚(偏二氟乙烯-三氟乙烯)(P(VDF-TrFE))中，由于缺乏对聚合物链结构和组成的合理设计，仅在正常的铁电状态下实现了类似MPB的行为，其压电系数(d33)最高约为−63.5 pC/N。
针对这一问题，西安交通大学化学学院张志成教授联合电子科学与工程学院魏晓勇教授通过完全氢化聚(偏二氟乙烯-三氟氯乙烯)(P(VDF-CTFE))合成制备了弛豫铁电聚合物H-P(VDF-TrFE)，兼具优异的弛豫特性和高的剩余极化强度，并且当TrFE含量为23mol%时，诱导了H-P(VDF-TrFE)表现出类似于陶瓷的MPB行为，d33高达-107 pC/N，比商业PVDF(−20 pC/N)高出五倍以上，为开发具有超高压电性能的柔性铁电聚合物提供了新的策略。
与直接共聚法制备的C-P(VDF-TrFE)中VDF和TrFE单元主要以头-尾(H-T)连接不同，H-P(VDF-TrFE)中的VDF和TrFE单元主要以头-头/尾-尾(H-H/T-T)的方式连接，且TrFE单元沿分子链随机分布。在这种H-H/T-T结构中，与TrFE相邻的VDF单元更倾向于形成旁氏(g)构象，而不是C-P(VDF-TrFE)中的反式(t)构象。这种差异导致在低TrFE含量下H-P(VDF-TrFE)表现出强弛豫特性(γ指数为1.75)，而C-P(VDF-TrFE)在类似TrFE含量下表现出典型的铁电行为(γ指数为1.21)。此外，低的TrFE含量还使H-P(VDF-TrFE)保持了相对较高的Pr(5.2 μC/cm2)，有利于产生更高的d33。更重要的是，当TrFE含量为23 mol%时，可以诱导H-P(VDF-TrFE)从all-trans构象转变为3/1 helix构象，表现出类似陶瓷的MPB行为。这项工作为制备高性能柔性压电聚合物提供了新的思考。
该研究成果以《通过调节P(VDF-TrFE)的序列和纳米畴结构实现超高的压电系数》(Ultrahigh Piezoelectric Coefficients Achieved by Tailoring the Sequence and Nano-domain Structure of P(VDF-TrFE)为题发表在《先进材料》(Advanced Materials)上，西安交通大学化学学院为第一通讯单位。西安交通大学博士研究生秦霸(共一第一)和西安石油大学硕士研究生丁国通(共一第二)为论文共同第一作者，西安交通大学张志成教授、魏晓勇教授和谭少博教授为论文通讯作者。本文得到国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助。
张志成，西安交通大学化学学院教授，博士生导师。主要研究领域包括新型氟聚合物的设计与可控合成，新型电介质的分子设计与偶极调控，电活性高分子及其在高储能电容器、压电传感器等领域的应用等。
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