Трубки изготовлены из пьезоэлектрического полимера, называемого поливинилиденфторид-со-трифторэтиленом, или P (VDF-TrFE), к которому подача напряжения вызывает изменение формы; и наоборот, полимер генерирует напряжение при сжатии или скручивании. Пьезоэлектрические полимеры значительно более гибкие, чем другие пьезоэлектрические материалы, и очень чувствительны к давлению.
Формирование нанотрубок из пьезоэлектрических материалов может улучшить их свойства, но гибкие полимерные нанотрубки имеют тенденцию собираться в пучки.
Куй Яо и его коллеги из Института исследований и инженерии материалов A * STAR и Национального университета Сингапура разработали метод создания вертикальных массивов полых P (VDF-TrFE) нанотрубок, значительно увеличивая их пьезоэлектрические возможности [1]. «Впервые мы продемонстрировали улучшенные пьезоэлектрические характеристики в массиве высококачественных нанотрубок P (VDF-TrFE)», — говорит Яо.
Команда сначала изготовила шаблон — тонкий лист анодированного оксида алюминия с вертикальными порами глубиной до 4 микрометров и шириной 350 нанометров — и добавила покрытие из P (VDF-TrFE).
При нагревании до 250 градусов Цельсия полимер расплавлялся в порах, покрывая их стенки. Они повторили цикл 15 раз, чтобы создать полимерное покрытие толщиной 60 нанометров.
Они покрыли нагруженный полимером шаблон тонким золотым электродом, затем перевернули структуру и установили ее на стеклянную подложку. Они использовали кислоту, чтобы протравить часть оксида алюминия, обнажив кончики полых полимерных нанотрубок внутри (см. Изображение), и закрыли их другим золотым электродом.
Рентгеновская дифракция и инфракрасная спектрометрия показали, что электрическая поляризация полимера совмещена с осью нанотрубки, что увеличивает общую поляризацию в этом направлении на 1.5 раз. «Доминирующий механизм улучшения пьезоэлектрических характеристик основан на этой уникальной молекулярной ориентации и структуре нанотрубки», — говорит Яо.
Исследователи обнаружили, что переменное напряжение изменяет деформацию нанотрубок почти в два раза больше, чем стандартная пленка P (VDF-TrFE). Они также выдвинули гипотезу, что приложение небольшого напряжения к конструкции может создать напряжение, во много раз большее, чем у обычных пьезоэлектрических материалов, и более чем в три раза больше, чем у стандартной пьезоэлектрической полимерной пленки. «Это важные показатели характеристик пьезоэлектрического материала для электромеханических приложений, таких как сборщики энергии, датчики и преобразователи», — говорит Яо. «Сейчас мы работаем над демонстрацией акустических датчиков, использующих массив нанотрубок P (VDF-TrFE), с повышенной чувствительностью по сравнению с обычными пьезоэлектрическими пленками."
Аффилированные с A * STAR исследователи, участвующие в этом исследовании, из Института исследования материалов и инженерии.
