Ultrahigh Piezoelectric Coefficients Achieved by Tailoring the Sequence and Nano‐Domain Structure of P(VDF‐TrFE)

材料科学 铁电性 相界 压电 聚合物 铁电聚合物 压电系数 陶瓷 相(物质) 氟化物 复合材料 有机化学 光电子学 共聚物 电介质 无机化学 化学
作者
Qin Ba,Guangliang Ding,Xiaoyu Yang,Wenxuan Li,Yijin He,Ai-Zhi Ren,Wei Xing,Shaobo Tan,Xiaoyong Wei,Zhicheng Zhang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (27): e2502708-e2502708 被引量:13
标识
DOI:10.1002/adma.202502708
摘要

During past decades, the construction of morphotropic phase boundary (MPB) behavior in ceramic-based relaxor ferroelectrics has successfully led to a significant enhancement in the piezoelectric coefficient for actuators, transducers, and sensors application. However, MPB-like behavior is achieved only in the ferroelectric state in flexible ferroelectric polymers such as poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) with the highest piezoelectric coefficients of ≈-63.5 pC/N, due to the lack of a rational design in polymer chain structure and composition. Here, the study reports the first MPB-like behavior observed in a relaxor ferroelectric polymer synthesized by fully hydrogenating poly(vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene), which are primarily linked in a head-to-head/tail-to-tail manner, and trifluoroethylene units are randomly dispersed along the molecular chain. The unique polymer chain structure is found to be responsible for the formation of conformations disorder, thus strong relaxor behavior, and phase transition from an all-trans conformation to 3/1 helix, thus inducing phase boundary behavior. As a result, an outstanding longitudinal piezoelectric coefficient of -107 pC/N, more than five times higher than that of commercial poly(vinylidene fluoride) (-20 pC/N), is observed. This work opens up a new gate for next-generation high-performance flexible devices.
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