Forskarna skapade denna lilla Halle-vapen med hjälp av deras nyupptäckta effekt. Kredit:Uni Halle / Kathrin Dörr
Exakt applicerat mekaniskt tryck kan förbättra de elektroniska egenskaperna hos ett mycket använt polymermaterial. Detta kräver att materialet bearbetas mekaniskt med en noggrannhet på några nanometer, skriver ett team från Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU) i den vetenskapliga tidskriften Advanced Electronic Materials . I sin nya studie visar forskarna hur denna tidigare okända fysiska effekt fungerar och hur den även skulle kunna användas för ny lagringsteknik. Teamet har också lyckats skissa upp Halle stads vapen som ett elektriskt mönster med en rumslig upplösning på 50 nanometer i materialet.
Polyvinylidenfluorid (PVDF) är en polymer som ofta används av industrin för att tillverka tätningar, membran och förpackningsfilmer. Den har många praktiska egenskaper då den är töjbar, biokompatibel och ganska billig att tillverka. "PVDF är också ett ferroelektriskt material. Det betyder att det har positiva och negativa laddningar som är rumsligt separerade, något som kan användas för lagringsteknik", säger fysiker professor Kathrin Dörr vid MLU. Det finns dock en nackdel:PVDF är ett halvkristallint material vars struktur, till skillnad från kristaller, inte är helt ordnad. "Det är så mycket oordning i materialet att en del av de egenskaper som man faktiskt skulle vilja dra nytta av går förlorade", säger Dörr.
Hennes team upptäckte av en slump att atomkraftsmikroskopi kan användas för att fastställa en viss elektrisk ordning i materialet. Denna metod innebär vanligtvis att man skannar ett materialprov med en spets som bara är några nanometer stor. En laser används sedan för att mäta och utvärdera de vibrationer som alstras. "Detta gör det möjligt för oss att analysera materialets ytstruktur på nanonivå", säger Dörr. Atomkraftsmikroskop kan också användas för att applicera tryck på materialprovet med hjälp av den lilla spetsen. Fysikerna vid MLU upptäckte att detta också förändrar de elektriska egenskaperna hos PVDF.
"Trycket komprimerar elastiskt materialet vid en önskad punkt utan att flytta molekylerna som utgör det", förklarar Dörr. Den elektriska polariseringen av materialet (dvs dess elektriska orientering) roterar i tryckets riktning. Således kan polariseringen kontrolleras och omorienteras på nanonivå. De elektriska domänerna som skapas på detta sätt är extremt stabila och var fortfarande intakta fyra år efter det ursprungliga experimentet.
Effekten som upptäckts av forskarna från Halle kan kontrolleras så exakt att de kunde använda de elektriska laddningarna för att i materialet skissa på en version i nanostorlek av stadens vapen — förmodligen världens minsta. Den nya processen kan bidra till att material som PVDF kan användas i nya elektriska och lagringsapplikationer. + Utforska vidare
