凯斯西储祝磊/深圳大学黄妍斐AFM：调控PVDF基铁电聚合物结构以增强压电性能研究

压电效应能实现机械能和电能的相互转换，在致动器、传感器、医疗监测和能量收集等领域有着广泛的应用前景。压电陶瓷具有较高的压电系数，但其脆性较大，且部分含铅的压电陶瓷具有毒性，无法应用于柔性电子和生物医用等领域。与压电陶瓷不同，压电聚合物具有良好的柔韧性、可加工性和生物相容性，可填补压电陶瓷的应用空白。然而，即使是压电性能较优的聚偏氟乙烯（PVDF），其压电系数也较低（绝对值 < 30 pC N−1），不能满足实际应用需求。

为使PVDF基材料应用于压电领域，需大幅提升其压电系数。然而，尽管已有几十年的研究，PVDF基材料产生压电性的物理机制仍存在很多争议。争议主要集中在是什么结构贡献了压电性：晶区，无定形区，还是晶体-无定形区界面？若没有清楚的认识，将很难进一步提升PVDF基材料的压电性能。

本综述首先介绍了压电测试的原理及正逆压电系数的测试方法，指出正压电系数测试时应避免摩擦起电对电信号的干扰；逆压电系数测试时应确保设备具有足够高的测试精度。然后，从三种结构（即无定形、晶体及晶体-无定形界面）的调控分别综述了提升PVDF基材料压电性能的方法。关于无定形区的调控，主要集中在上世纪80年代，主要是基于尺寸模型调控泊松比等参数以提升压电系数。关于晶区的调控，主要通过外场加工或化学改性等方法使PVDF基材料呈现大量β晶或铁电相以提升压电性。关于晶区-无定形区界面的调控，主要通过诱导独特的晶区-无定形区界面结构，如我们前期提出的，取向无定形组分[Nat. Commun. 2021, 12, 675; Matter 2021, 4, 3696.]，来提升压电性能。最后，本综述简单介绍了PVDF基压电材料的应用并对其未来的发展方向进行了展望。

Figure 1. (a) The complex three-phase structure of semicrystalline PVDF. (b) Schematic diagram of different methods to improve the piezoelectric performance of PVDF-based materials by manipulation of the bulk structures of PVDF.

该综述以“Recent Progress on Structure Manipulation of Poly(vinylidene fluoride)-Based Ferroelectric Polymers for Enhanced Piezoelectricity and Applications”为题，近期发表在Advanced Functional Materials上(Adv. Funct. Mater. 2023, 2301302)。论文的第一及共同第一作者为深圳大学材料学院在读硕士张力威和李双丰，通讯作者为深圳大学材料学院助理教授黄妍斐和美国凯斯西储大学祝磊教授。论文作者感谢国家自然科学基金、广东省自然科学基金和深圳市科技研发资金的支持。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202301302

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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