Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов
Основан в 2009 году


Исследование физических свойств тонких пленок ПВДФ, изготовленных методом 4D-печати

Н.В. Востров1, А.В. Солнышкин1, И.М. Морсаков2, А.Н. Белов3, П.Н. Крылов1

1 ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
2 ОАО «НПЦ «Тверьгеофизика»
3 ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники»

DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.561

Оригинальная статья

Аннотация: В данной работе осуществлялся поиск оптимального способа создания сегнетоэлектрических наноструктурированных композитных материалов на основе пленок полимера поливинилиденфторида, изготовленных методом 4D-печати. Технология послойного наплавления позволяет использовать поливинилиденфторид и его сополимеры не только в микроэлектронике в качестве пиро- и пьезоэлектрических сенсоров, а также при создании элементов динамической памяти, органических солнечных элементов и применять в робототехнике. На первом этапе работы подобраны оптимальные параметры экструдирования для изготовления нити из порошка и гранул поливинилиденфторида. Следующий этап работы включал анализ и определение параметров печати по методу послойного наплавления нити для получения пленок наилучшего качества. С помощью сканирующей электронной микроскопии показано существование двух фаз – полярной β-фазы и неполярной α-фазы, где кристаллическая фаза наблюдается в виде ламеллярных кристаллов, хаотично ориентированных в матрице α-фазы. Проведены пироэлектрические измерения, выполненные динамическим методом, показавшие наличие заметного пироэлектрического отклика в пленках поливинилиденфторида, полученных с помощью аддитивных технологий, минуя стадию ориентационной вытяжки. Рассчитан пироэлектрический коэффициент, значения которого соответствуют величинам пирокоэффициентов для образцов поливинилиденфторида, полученных традиционными (стандартными) методами.

Ключевые слова: композит, полимерный сегнетоэлектрик, аддитивные технологии, 4D-печать, 3D-печать, спонтанная поляризация, пьезоэлектрический эффект, пироэлектрический эффект, атомная силовая микроскопия

  • Востров Никита Владимирович – младший научный сотрудник Управления научных исследований, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Солнышкин Александр Валентинович – д.ф.-м.н., профессор кафедры физики конденсированного состояния, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Морсаков Иван Михайлович – научный сотрудник, ОАО «НПЦ «Тверьгеофизика»
  • Белов Алексей Николаевич – д.т.н., профессор кафедры интегральной электроники и микросистем, ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники»
  • Крылов Павел Николаевич – старший лаборант кафедры физической химии, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

Ссылка на статью:

Востров, Н.В. Исследование физических свойств тонких пленок ПВДФ, изготовленных методом 4D-печати / Н.В. Востров, А.В. Солнышкин, И.М. Морсаков, А.Н. Белов, П.Н. Крылов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2022. — Вып. 14. — С. 561-571. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.561.

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Bar-Cohen, Y. Electroactive polymer (EAP) actuators – background review / Y. Bar-Cohen, I.A. Anderson // Mechanics of Soft Materials – 2019. – V. 1 – I. 1. – Art. № 5. – 14 p. DOI: 10.1007/s42558-019-0005-1.
2. Lang, S.B. Review of some lesser-known applications of piezoelectric and pyroelectric polymers / S.B. Lang, S. Muensit // Applied Physics A – 2006 – V. 85 – I. 2. – P. 125-134. DOI: 10.1007/s00339-006-3688-8.
3. Naber, R.C.G. Organic Nonvolatile Memory Devices Based on Ferroelectricity / R.C.G. Naber, K. Asadi, P.W. M. Blom et al. // Advanced Materials – 2010 – V. 22 – I. 9. – P. 933-945. DOI: 10.1002/adma.200900759.
4. Ramadan, K.S. A review of piezoelectric polymers as functional materials for electromechanical transducers / K.S. Ramadan, D. Sameoto, S. Evoy // Smart Materials and Structures – 2014 – V. 23 – I. 3. – Art. № 033001. – 27 p. DOI: 10.1088/0964-1726/23/3/033001.
5. Solnyshkin, A.V. Dynamic pyroelectric response of composite based on ferroelectric copolymer of poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) and ferroelectric ceramics of barium lead zirconate titanate / A.V. Solnyshkin, I.M. Morsakov, A.A. Bogomolov et al. // Applied Physics A – 2015 – V. 121 – I. 1. – P. 311-316. DOI: 10.1007/s00339-015-9446-z.
6. Ducrot, P.-H. Optimization of PVDF-TrFE processing conditions for the fabrication of organic mems resonators / P.-H. Ducrot, I. Dufour, C. Ayela // Scientific Reports. – 2016. – V. 6. – I. 1. – 7 p. DOI: 10.1038/srep19426.
7. Soulestin, T. Vinylidene fluoride- and trifluoroethylene-containing fluorinated electroactive copolymers. How does chemistry impact properties? / T. Soulestin, V. Ladmiral, F. Domingues et al. // Progress in Polymer Science. – 2017. – V. 72. – P. 16-60. DOI: 10.1016/j.progpolymsci.2017.04.004.
8. Ruan, L. Properties and applications of the β phase poly(vinylidene fluoride) / L. Ruan, X. Yao, Y. Chang, L. Zhou, G. Qin, X. Zhang // Polymers. – 2018. – V. 10. – I. 3. – Art. № 228. – 27 p. DOI: 10.3390/polym10030228.
9. Belovickis, J. Dielectric, ferroelectric, and piezoelectric investigation of polymer-based P(VDF-TrFE) composites / J. Belovickis, M. Ivanov, V. Samulionis et al. // Physica Status Solidi B. – 2017. – V. 255. – I. 3. – Art. № 1700196. – 6 p. DOI: 10.1002/pssb.201700196.
10. Yin, Z. Characterization and application of PVDF and its copolymer films prepared by spin-coating and langmuir–blodgett method / Z. Yin, B. Tian, Q, Zhu, C. Duan // Polymers. – 2019. – V. 11. – Art. № 2033. – 32 p. DOI: 10.3390/polym11122033.
11. Li, H. Ferroelectric polymers for non-volatile memory devices: a review / H. Li, R. Wang, S.-T. Han, Y. Zhou // Polymer International – 2020 – V. 69. – I. 6. – P. 533-544. DOI: 10.1002/pi.5980.
12. Li, Q. Solution processable poly(vinylidene fluoride)-based ferroelectric polymers for flexible electronics / Q. Li, J. Zhao, B. He, Z. Hu // APL Materials. – 2021. – V. 9. – I. 1. – Art. № 010902. – 11 p. DOI: 10.1063/5.0035539.
13. Zhu, H. Organic ferroelectric field-effect transistor memories with poly(vinylidene fluoride) gate insulators and conjugated semiconductor channels: a review / H. Zhu, C. Fu, M. Mitsuishi // Polymer International. – 2021. – V. 70. – I. 4. – P. 404-413. DOI: 10.1002/pi.6029.
14. Solnyshkin, A.V. Anomalies of dielectric properties of vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer films / A.V. Solnyshkin, M. Wegener, W. Künstler, R. Gerhard-Multhaupt // Physics of the Solid State. – 2008. – V. 50. – I. 3. – P. 562-567. DOI: 10.1134/S1063783408030281.
15. Ngoa, T.D. Additive manufacturing (3D printing): A review of materials, methods, applications and challenges / T.D. Ngoa, A. Kashania, G. Imbalzanoa et al. // Composites Part B: Engineering – 2018. – V. 143. – P. 172-196. DOI:10.1016/j.compositesb.2018.02.012.
16. Ryder, M.A. Fabrication and properties of novel polymer-metal composites using fused deposition modeling / M.A. Ryder, D.A. Lados, G.S. Iannacchione, A.M. Peterson // Composites Science and Technology. – 2018. – V. 158. – P. 43-50. DOI:10.1016/j.compscitech.2018.01.049.
17. Zheng, X. Design and optimization of a light-emitting diode projection micro-stereolithography three-dimensional manufacturing system / X. Zheng, J. Deotte, M.P. Alonso et al. // Review of Scientific Instruments. – 2012. – V. 83. – I. 12. – Art. № 125001. – 7 p. DOI: 10.1063/1.4769050.
18. Ahn,D. Quantification of surface roughness of parts processed by laminated object manufacturing / D. Ahn, J.-H. Kweon, J. Choi, S. Lee // Journal of Materials Processing Technology. – 2012. – V. 212. – I. 2. – P. 339-346. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2011.08.013.
19. Truby, R.L. Printing soft matter in three dimensions / R.L. Truby, J.A. Lewis // Nature. – 2016. – V. 540. – P. 371-378. DOI: 10.1038/nature21003.
20. Yap, C.Y. Review of selective laser melting: materials and applications / C.Y. Yap, C.K. Chua, Z.L. Dong et al. // Applied Physics Reviews. – 2015. – V. 2. – I. 4. – Art. № 041101. – 22 p. DOI: 10.1063/1.4935926.
21. Chen, A.-N. High-performance ceramic parts with complex shape prepared by selective laser sintering: a review / A.-N. Chen, J.-M. Wu, K. Liu, J.-Y. Chen, H. Xiao, P. Chen, C.-H. Li, Y.-S. Shi // Advances in Applied Ceramics – 2017 – V. 117 – I. 2. – P. 100-117. DOI:10.1080/17436753.2017.1379586.
22. Chen, C. Additive manufacturing of piezoelectric materials / C. Chen, X. Wang, Y. Wang, D. Yang, F. Yao, W. Zhang, B. Wang, G.A. Sewvandi, D. Yang, D. Hu // Advanced Functional Materials – 2020 – V. 30 – I. 52. – Art. № 2005141. – 29 p. DOI: 10.1002/adfm.202005141.
23. Baklanova, K.D. Pyroelectric properties and local piezoelectric response of lithium niobate thin films / K.D. Baklanova, A.V. Solnyshkin, I.L. Kislova et al. // Physica Status Solidi A. – 2017 – V. 215 – I. 5. – Art. № 1700690. – 6 p. DOI: 10.1002/pssa.201700690.

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒