超薄鐵電聚合物薄膜力電特性理論及實驗研究

《超薄鐵電聚合物薄膜力電特性理論及實驗研究》是依託中山大學，由賴侃擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：超薄鐵電聚合物薄膜力電特性理論及實驗研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：賴侃
• 依託單位：中山大學

中文摘要

有機鐵電材料相對於傳統無機鐵電材料具有結晶溫度低、自發極化較大、硬性可控、易拉伸壓縮和彎曲等優良特性，由於成本低廉且易生長成超薄薄膜並形成器件化，有望成為用於微納鐵電功能器件的新一代鐵電材料，近年來迅速成為研究熱點。目前對於有機鐵電材料微納尺度的研究較匱乏，特別是關於超薄有機鐵電薄膜力電耦合及特性的報導甚少。本項目通過運用分子動力學方法，結合鐵電材料製備和力電性能測試，以典型的有機鐵電材料聚偏氟乙烯及其共聚物超薄鐵電薄膜為研究對象，綜合研究表面、尺寸效應及力電調控對材料鐵電性的影響機理，深入探討超薄鐵電聚合物薄膜相變、極化、微觀結構、鐵電疇演化、壓電、熱電等性能。本項目研究結果將為研究超薄有機鐵電薄膜性能和發展新型微納鐵電器件具有重要的指導意義。

結題摘要

鐵電材料具有自發極化，且可隨著外電場變化而發生反轉，在現代電子產業、信息領域具有廣泛套用。 前對於有機鐵電材料微納尺度的研究較匱乏，特別是關於超薄有機鐵電薄膜力電耦合及特性的報導甚少。本項目圍繞“超薄鐵電聚合物薄膜力電特性”展開研究，主要在以下方面取得重要進展：理論方面，運用分子模擬方法，計算了單分子層Au/PVDF/Ir隧道結在“F-Au”和“H-Au”兩種狀態下的結構以及能量，以及“F-Au”和“H-Au”狀態下的 P(VDF-TrFE)單分子層隧道結的輸運性質，解釋了界面和力學調控單分子層極性以及極性對電導特性的影響規律，揭示了極性和輸運性質的界面和力電可調控性。實驗方面，基於Langmuir-Blodgett 提拉膜技術，我們製備出一系列超薄鐵電聚合物薄膜結構，對其鐵電、力電、電導等基本性能及相關特性進行了深入表征和測量，揭示了鐵電聚合物超薄膜的巨隧穿電阻效應；力學調控方面，我們搭建了力學載入和測試平台，運用旋塗和轉印法製備了可延展P(VDF-TrFE)屈曲條帶，研究了應變載荷對疇結構穩定性影響的規律。總體而言，項目按計畫執行，取得了一定的成果，相關研究成果揭示了鐵電聚合物超薄膜極性和疇結構的機械載荷可控性規律，對相關器件設計和套用具有重要指導意義。