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

Планарная струйная печать локализованных структур Ni/P(VDF-TrFE)/Ni для пьезо- и пироэлектрических матриц

А.Н. Белов1, Н.В. Востров2, Г.Н. Пестов1, А.В. Солнышкин2

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

DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.637

Оригинальная статья

Аннотация: В настоящей работе описано формирование пленочных структур на основе полярного сополимера винилиденфторида с трифторэтиленом P(VDF-TrFE) с помощью процесса покапельного локального нанесения на металлизированные подложки. Сформированные образцы представляли собой кроссбар структуры массива микроостровков сегнетоэлектрика P(VDF-TrFE), металлизированных никелевыми дорожками с использованием комбинированного метода 2D печати. Рассмотрен ряд растворителей для полимера с различными вязкостью и дипольным моментом и показано их влияние на геометрию и проявление полярных свойств напечатанных слоев. Метом силовой микроскопии пьезоэлектрического отклика определены значения пьезоэлектрического модуля d33 на наномасштабном уровне, которые соответствуют аналогичные значения для пленок P(VDF-TrFE), полученных стандартным методом кристаллизации из раствора. На основе амплитудных значений пироэлектрического тока Imax, регистрируемого динамическим методом, определена величина пироэлектрического коэффициента p, варьирующаяся в пределах от 2⋅10–5 до 4⋅10–5 Кл/(м2 ⋅К), что сравнимо с величиной пирокоэффициента пленок P(VDF-TrFE), полученных стандартным методом. Наибольшие значения d33 и p соответствуют структурам, полученным из растворов с содержанием в исходном растворителе более 20% пропиленкарбоната, молекулы которого обладают большим (4,9 Д) дипольным моментом.

Ключевые слова: сегнетоэлектрический полимер, 2D-печать, пьезоэлектрический эффект, пироэлектрический эффект, пьезосиловая микроскопия

  • Белов Алексей Николаевич – д.т.н., профессор института интегральной электроники, ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники»
  • Востров Никита Владимирович – младший научный сотрудник Управления научных исследований, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Пестов Григорий Николаевич – ассистент института интегральной электроники, ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники»
  • Солнышкин Александр Валентинович – д.ф.-м.н., профессор кафедры физики конденсированного состояния, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

Ссылка на статью:

Белов, А.Н. Планарная струйная печать локализованных структур Ni/P(VDF-TrFE)/Ni для пьезо- и пироэлектрических матриц / А.Н. Белов, Н.В. Востров, Г.Н. Пестов, А.В. Солнышкин // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2023. — Вып. 15. — С. 637-648. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.637.

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Zouraraki, O. 2x2 bismuth-oxide-fiber based crossbar switch for all-optical switching architectures / O. Zouraraki, P. Bakopoulos, K. Vyrsokinos, H. Avramopoulos // Optical Network Design and Modeling. ONDM 2007. In: Lecture Notes in Computer Science. – 2007. – V. 4534. – P. 21-28. DOI: 10.1007/978-3-540-72731-6_3.
2. Wu, Y. Optical crossbar elements used for switching networks / Y. Wu, L. Liu, Z. Wang // Applied Optics. – 1994. – V. 33. – I. 2. – P. 175-178. DOI: 10.1364/AO.33.000175.
3. Kätelhön, E. Nanocavity crossbar arrays for parallel electrochemical sensing on a chip / E. Kätelhön, D. Mayer, M. Banzet et al. // Beilstein Journal of Nanotechnology. – 2014. – V. 5. – P. 1137-1143. DOI: 10.3762/bjnano.5.124.
4. Kim, H. 4K-memristor analog-grade passive crossbar circuit / H. Kim, M.R. Mahmoodi, H Nili, D.B. Strukov // Nature Communications. – 2021. –V. 12. – Art. № 5198. – 11 p. DOI: 10.1038/s41467-021-25455-0.
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. Badano, L.P. The clinical benefits of adding a third dimension to assess the left ventricle with echocardiography / L.P. Badano // Scientifica. – 2014. –V. 2014. – Art. № 897431 – 18 p. DOI: 10.1155/2014/897431.
7. Hurrell, A. A two-dimensional hydrophone array using piezoelectric PVDF / A. Hurrell, F. Duck // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control. – 2000. – V. 47. – I. 6. – P. 1345-1353. DOI: 10.1109/58.883523.
8. Hammes, P.C.A. A pyroelectric matrix sensor using PVDF on silicon containing FET readout circuitry / P.C.A. Hammes, P.P.L. Regtien, P.M. Sarro // Sensors and Actuators A: Physical. – 1993. –V. 37-38. – P. 290- 295. DOI: 10.1016/0924-4247(93)80049-M.
9. Furukawa, T. Ferroelectric properties of vinylidene fluoride copolymers / T. Furukawa // Phase Transitions. – 1989. – V.18. – I. 3-4. – P. 143-211. DOI: 10.1080/01411598908206863.
10. Nalwa, H.S. Recent development in ferroelectric polymers / H.S. Nalwa // Journal of Macromolecular Science, Part C. 1991. – V. 31. – I. 4. – P. 341-432. DOI: 10.1080/15321799108021957.
11. Belov, A.N. Electrical characterization of poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) nanocrystals embedded in porous alumina matrix / A. N. Belov, I. L. Kislova, D. V. Loktev et al. // Journal of Advanced Dielectrics. – 2018. – V. 8. – I. 1. – Art. № 1820001. – 5 p. DOI: 10.1142/S2010135X18200011.
12. Roopaa, T.S. Development and characterization of PVDF thin films for pressure sensors / T.S. Roopaa, H.N. Narasimha Murthy, V.V. Praveen Kumar, M. Krishna // Materials Today: Proceedings. – 2018. – V. 5. – I. 10. – Part 1. – P. 21082-21090. DOI: 10.1016/j.matpr.2018.06.503.
13. Aryanti, P. Preparation of polypropylene/PVDF composite membrane by dip-coating method / P. Aryanti, G. Trilaksono, A. Hotmaida et al. // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2021. – V.1115. – Art. № 012028. – 9 p. DOI: 10.1088/1757-899X/1115/1/012028.
14. He, S. Large-area atomic-smooth polyvinylidene fluoride Langmuir-Blodgett film exhibiting significantly improved ferroelectric and piezoelectric responses / S. He, M. Guo, Z. Dan et al. // Science Bulletin. – 2021. –V. 66. – I. 11. – P. 1080-1090. DOI: 10.1016/j.scib.2021.02.004.
15. Naber, R.C.G. High-performance solution-processed polymer ferroelectric field-effect transistors / R.C.G. Naber, C. Tanase, P.W.M. Blom et al.// Nature Materials. – 2005. – V. 4. – P. 243-248. DOI: 10.1038/nmat1329.
16. Xu, H. Fabrication and properties of solution processed all polymer thin-film ferroelectric device / H. Xu, X. Fang, X. Liu et al. // Journal of Applied Polymer Science. – 2011. – V. 120. – I. 3. –P. 1510-1513. DOI: 10.1002/app.33291.
17. Hon, K.K.M. Direct writing technology-advances and developments / K.K.M. Hon, L. Li, I.M. Hutchings // CIRP Annals. – 2008. – V. 57. – I. 2. – P. 601-620. DOI: 10.1016/j.cirp.2008.09.006.
18. Востров, Н.В. Исследование физических свойств тонких пленок ПВДФ, изготовленных методом 4Dпечати / Н.В. Востров, А.В. Солнышкин, И.М. Морсаков и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2022. – Вып. 14. – C. 561-571. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.561.
19. Haque, R.I. Inkjet printing of high molecular weight PVDF-TrFE for flexible electronics / R.I. Haque, R. Vié, M. Germainy et al. // Flexible and Printed Electronics. – 2016. – V. 1. – № 1. – Art. № 015001. – 12 p. DOI 10.1088/2058-8585/1/1/015001.
20. He, L. Electrohydrodynamic pulling consolidated high-efficiency 3D Printing to architect unusual selfpolarized β-PVDF arrays for advanced piezoelectric sensing / L. He, J. Lu, C. Han et al. // Small. – 2022. – V. 18. – I. 15. – Art. № 2200114. – 10 p. DOI: 10.1002/smll.202200114.
21. Demidov, Y.A. 2D-printing features of metal, semiconductor and insulator local layers on substrate / Y.A. Demidov, G.N. Pestov, I.V. Sagunova et al. // 2020 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus), 27-30 January 2020, St. Petersburg and Moscow: proceedings. – St. Petersburg, Moscow, IEEE, 2020. – P. 2127-2130. DOI: 10.1109/EIConRus49466.2020.9039339.
22. Omote, K. Temperature dependence of elastic, dielectric, and piezoelectric properties of «single crystalline» films of vinylidene fluoride trifluoroethylene copolymer / K. Omote, H. Ohigashi, K. Koga. // Journal of Applied Physics. – 1997. – V. 81. – I. 6. – P. 2760-2769. DOI: 10.1063/1.364300.
23. Hu, X. Enhanced piezoelectric coefficient of PVDF-TrFE films via in situ polarization / X. Hu, M. You, N. Yi et al. // Frontiers in Energy Research. – 2021. – V. 9. – Art. № 621540. – 7 p. DOI: 10.3389/fenrg.2021.621540.
24. Solnyshkin, A.V. Pyroelectric effect and piezoelectric properties of composites based on ferroelectric copolymer of poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) and deuterated triglycine sulfate / A.V. Solnyshkin, I.M. Morsakov, A.I. Zavjalov et al. // Ferroelectrics. – 2023. – V. 612. – I. 1. – P. 137-143. DOI: 10.1080/00150193.2023.2211299.

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒