ملخصات الأبحاث

ظهور حدّ طور التغيُّر الشكلي في المواد العضوية

.Y. Liu et al

  • Published online:

عادة ما تتحسن الكهرباء الضغطية – التحول البيني المباشر بين الطاقتين الحركية، والكهربائية – بشكل ملحوظ عند حد طور التغير الشكلي للمواد الفروكهربائية، الذي يمثل منطقة انتقالية في مخطط أطوار المواد الكهروضغطية، ويصل بين طورين متنافسين، لهما تماثلات مختلفة. وأتاح ذلك التحسين مؤخرًا تطوير مواد بيروفسكايت كهروضغطية متنوعة – من الرصاص، وأخرى خالية من الرصاص – لها خواص كهروضغطية مميزة تتيح استخدامها في المشغلات الميكانيكية، ومحولات الطاقة، والمجسّات، وتطبيقات استخلاص الطاقة.

وبالرغم من ذلك.. لم يسبق رصد حد طور التغير الشكلي في المواد العضوية قط. ويؤدي غياب أساليب فعالة لتحسين الاستجابات الكهروضغطية الكامنة للبوليمرات إلى صعوبة كبيرة في استخدامها في أجهزة مرنة وملائمة حيويًّا، ويمكن ارتداؤها.

في البحث المنشور، يشير الباحثون إلى سلوك مستحث بالكيمياء الفراغية، مشابه للسلوك الذي تم رصده عند حدود طور التغير الشكلي، في البوليمرات التساهميّة الفروكهربائية من النوع (P(VDF-TrFE. ويوضحون أن التراتب المفصَّل تكوينيًّا (أي الترتيب الفراغي الكيميائي للمراكز غير التناظرية المتعلقة بمونمرات TrFE) يمكنه أن يؤدي إلى تطور بين جزيئي من النظام إلى عدم النظام في الطور البلوري؛ وبالتالي يؤدي إلى نشوء منطقة انتقالية وسيطة تبدو كحدّ طور التغير الشكلي، الذي تظهر فيه بشكل متزامن خواص فروكهربائية، وخواص التقبُّض الكهربائي العالي، التي تتنافس فيما بينها.

وتؤكد حسابات الباحثين المستندة إلى المبادئ الأصلية الدور الحاسم للتراتب التسلسلي في تحفيز تكوُّن هذه المنطقة الانتقالية عبر المنافسة البنيوية بين الطور العابر للمستوى، والطور الحلزوني 1/3. ويوضح الباحثون أن البوليمر التساهمي (P(VDF-TrFE ذا التركيب متغير الشكل يُظهِر مُعاملًا كهروضغطيًّا طوليًّا يبلغ -63.5 بيكو كولوم لكل نيوتن، متفوقًا في هذا على أحدث البوليمرات الكهروضغطية.

وبالنظر إلى المرونة الموجودة في التصميم الجزيئي للمواد العضوية الفروكهربائية، وفي تصنيعها، يمهد هذا البحث الطريق نحو تطوير بوليمرات كهروضغطية عالية الأداء، ويمكن توسيع نطاقها.