【复杂信息】强强联手Science：无氟铁电高聚物！

07-07 06:16

01[科学背景]

铁电（FE）材料在传感器、致动器、电热冷却、电容器和能量储存等领域得到了广泛的应用，因为它们具有电极化和其他各种特性之间的直接耦合关系。高聚物FE材料与铁电瓷相比，具有许多优点，包括柔韧性好、形状复杂、重量和成本低，以及与生物组织相匹配的电阻性能更好。但是，尽管经过几十年的研究，FE聚合物的类型仍然非常有限，其中最重要的是聚偏氟乙烯。（PVDF）基含氟聚合物，氢键结合尼龙，手性近晶碳（SmC*）相的液晶高聚物（LCPs）。在这些聚合物中，只有PVDF基含氟聚合物因其明确的居里点和较大的自发极化而被广泛使用。但是，FE氟聚合物的半结晶结构通过化学修饰来调节，可调节FE性能和高性能正变得越来越复杂和昂贵。另外，氟聚合物常被归类为“永久性化学品”，因其持久的环境而引起环境和健康的担忧。所以，无氟铁电高聚物的设计具有可调铁电性能具有重要意义。

02[创新成果]

基于此，祝磊教授，美国凯斯西储大学，Philip L. 宾夕法尼亚州立大学章启明教授Taylor教授，范德比尔特大学Richard F. 在Science上，Haglund教授等人发表了题为“Fluorine-free strongly dipolar polymers exhibit tunable ferroelectricity”的论文，对无氟铁电高聚物家族进行了科学设计，其特点是聚氧丙烯主链和含有C3间隔的二磺酰基烷基侧链：−HRCH2SO2SO2CH2C−（R=−H或−CH3）。试验和模拟结果表明，强偶极-偶极在凝聚态下相邻二磺酰基之间的相互作用诱导了铁电有序，这可以通过改变R基团来调整:R=−H为铁电，R=−松豫铁电是CH3。试验和模拟结果表明，强偶极-偶极在凝聚态下相邻二磺酰基之间的相互作用诱导了铁电有序，这可以通过改变R基团来调整:R=−H为铁电，R=−CH3是弛豫铁电。在低电场下，弛豫高聚物表现出与最先进的PVDF基四聚物相当的电致热驱动和电热性能。

03[图文分析]

04[科学启发]

综上所述，本研究展示了一种具有可调铁电性的无氟铁电高聚物。侧链中含有C3间隔基的相邻二磺酰基团之间强烈的偶极-偶极相互作用，诱导极性有序，形成铁电域。如果C3间隔缺少羟基支链，FE-FE晶体为2SO2P结晶。在C3间隔中引入羟基支链时，晶体沉积被破坏，RFE-在室温下，2SO2P变成了弛豫型铁电体和液晶。在50 MV m-1电压以下，RFE-在2SO2P中，显著的电制动和电热效应已经完成。（ECE）。本研究开发的无氟铁电高聚物将使系统研究铁电行为的结构依赖成为可能。此外，它们的环保特性在各种应用中具有很大的前景，包括可穿戴和生物相容的制动器、热管理设备和下一代柔性电子产品。

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