Angew. Chem. :通过巯基-烯点击反应构建弹性弛豫铁电体

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随着可穿戴设备的不断发展和进步,实现各类电子材料的弹性化迫在眉睫。铁电体作为特殊的介电材料在可穿戴设备中具有重要的应用前景,其中,弛豫性铁电体具有较高的机电耦合响应,在驱动和能量存储方面具有深远的发展潜力。然而,相比导体及半导体,铁电体的弹性化进程明显滞后,限制了在柔性可穿戴器件与设备的进一步发展。


中国科学院宁波材料技术与工程研究所李润伟研究员和胡本林研究员首次提出了“弹性铁电体”的概念,通过精准微交联实现了铁电体结晶度和回弹性之间的微妙平衡(Science, 2023, 381, 540-544)。然而,该本征弹性铁电体的实现条件需要高温热交联,在一定程度上限制了弹性铁电材料的应用前景。


近日,中国科学院宁波材料技术与工程研究所的李润伟研究员、胡本林研究员、王林萍助理研究员与昆明理工大学的张恒教授和高欣教授合作,以弛豫性铁电聚合物聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯[P(VDF-CTFE)]为研究对象,通过引入双键,利用巯基-烯点击反应,在室温下实现了弛豫铁电材料的本征弹性化。



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点击反应作为一种条件温和、对水和氧气不敏感的化学反应,近年来取得了飞速的发展。其中,巯基-烯点击反应由于其高效性、反应条件温和以及商品化含巯基和含烯化合物较多而备受关注。在前期研究的基础上,作者利用巯基-烯点击反应,实现了含双键的弛豫性铁电聚合物P(VDF-CTFE-DB)与含巯基的交联剂TMPMP的共价键合,构建了聚合物网状结构,从而实现了弛豫性铁电体的本征弹性化。

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交联后的铁电薄膜具有较好的力学回弹性,断裂伸长率达260%,并且在50%应变的疲劳测试中,该弹性弛豫铁电薄膜在3000次应变循环后仍能保持80%的应变回复率,与商品化的氟橡胶P(VDF-HFP)相近。


同时,通过分析介电温谱(ε-T曲线)、极化-电场(P-E)回线和压电力显微镜(PFM)测试,证实了弹性薄膜的弛豫铁电性。

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最终,以该弹性弛豫性铁电体薄膜为介质层制备的全弹性铁电器件在70%应变下展现了稳定的铁电响应性,证明了该弹性弛豫性铁电体应用于可穿戴设备的可行性。这项研究为构建本征弹性弛豫铁电材料提供了一个简便且高效的新思路。

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文信息

Elastic Relaxor Ferroelectric by Thiol-ene Click Reaction

Bowen Li, Dr. Linping Wang, Liang Gao, Tianhua Xu, Dongyang Zhang, Fangzhou Li, Jike Lyu, Ren Zhu, Prof. Dr. Xin Gao, Prof. Dr. Heng Zhang, Prof. Dr. Ben-Lin Hu, Prof. Dr. Run-Wei Li

文章的第一作者是昆明理工大学与中国科学院宁波材料技术与工程研究所的合培硕士研究生李博文。


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202400511



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