| Аннотация |
Проект посвящен разработке научно-технологических основ получения высокоэффективных полимерных сегнетоэлектрических материалов на основе PVDF и его сополимеров, а также созданию на их основе активных компонентов гибкой гибридной электроники и сенсорики. Данные полимеры относятся к относительно новому классу электроактивных органических кристаллических материалов, которые в настоящее время активно изучаются и находят все большее применение в различных областях науки и техники: в качестве пьезодатчиков, наногенераторов/сенсоров и элементов адаптивных оптических систем. В отличие от традиционных пьезоэлектриков на основе оксидных керамик (PZT, кварца, ниобата лития и др.), сегнетоэлектрические полимеры обладают механической и технологической гибкостью, высокой ударной вязкостью, высокими пробойными полями, прозрачностью. Нанесение на данные пленки прозрачных электродов, например, из оксида индия-олова (ITO) позволяет создавать гибкие прозрачные источники звука или подэкранные сенсоры, как, например, сканеры отпечатков пальцев, акустооптические преобразователи (модуляторы) и другие устройства. Обладая биосовместимостью, химической и механической устойчивостью, такие пленки являются весьма перспективным материалом для медицины, что позволяет изготавливать на их основе медицинские импланты, датчики давления и температуры, «умные» скаффолды для неинвазивной пьезоэлектрической тераностики и регенерации тканей, искусственные мышцы. Вследствие малой плотности и невысокой скорости распространения звука акустический импеданс PVDF оказывается близким к таковому в жидких средах и биологических тканях, благодаря чему плёнки на его основе показывают свою высокую эффективность в области биомедицинской акустики, которая охватывает широкий спектр диагностических, терапевтических и хирургических применений.
Создание структур на основе гибких прозрачных полимерных сегнетоэлектриков, которые также обладают высокой пироактивностью и проявляют высокий электрокалорический эффект, значительно увеличит потенциал применения данного класса полимерных материалов в устройствах гибкой электроники. Добавление наночастиц в структуру полимерной матрицы может значительным образом изменять свойства материала. Он может приобретать фоточувствительность, увеличивать гидрофильность, пироэлектрические свойства или приобретать биологическую активность. Добавление наноматериалов позволяет выступать им как основы для кристаллообразования и тем самым увеличивать наличие пьезоактивных компонентов в структуре полимера.
Несмотря на присутствие в РФ одного из ведущих производителей фторполимеров (группа компаний ГалоПолимер), в нашей стране отсутствует технология получения полимерных сегнетоэлектрических пленок из отечественного сырья. АО «ГалоПолимер» производит ряд необходимых мономеров (например, мономеры дифторэтилена и тетрафторэтилена) а также необходимые материалы (например, Ф2-M (сополимер PVDF и тетрафтроэтилена) или Ф-32Л (сополимер трифторхлорэтилена и фтористого винилидена), не предназначенные для изготовления из них сегнетоэлектрических пленок. В этой связи получение качественных пленок из такого материала с высоким пьезоэлектрическим откликом требует тщательного изучения их структуры, разработки эффективных методик обработки с предварительной очисткой исходного сырья. Кроме того, в РФ не производится мономер трифторэтилен, необходимый синтеза полимера PVDF-TrFE, который на сегодняшний день является одним из наиболее эффективных полимерных пьезоэлектриков. При этом текущие потребности в РФ трифторэтилена недостаточны для запуска его промышленного производства в РФ, а в мире сегодня существует всего 2-3 предприятия, выпускающие такой материал мелкими сериями.
В рамках проекта планируется разработка методов синтеза полимерных сегнетоэлектрических материалов в настоящее время отсутствующих на российском рынке, в том числе гомополимера ПВДФ, сополимера винилинденфторида с трифторэтиленом и других сополимеров; создание композитных материалов на основе сополимеров винилиндефторида, допированного наночастицами различной формы и размера; разработка стенда для измерения пироэлектрических свойств полимерных сегнетоэлектриков; cовершенствование технологии и доработка стендов плазменных методов поляризации полимерных сегнетоэлектрических пленок с применением разрядов различного типа для повышения равномерности и воспроизводимости процесса поляризации; реализация перехода от лабораторной к промышленной технологии поляризации сегнетоэлектрических пленок в рулонах, в том числе с одновременным нанесением электродных материалов; поиск способов повышения пьезоэлектрических свойств сегнетоэлектрических пленок до значений, превышающих среднерыночные показатели; исследование влияния параметров электродов различных материалов на свойства сегнетоэлектрических пленок; разработка технологии создания многослойных структур, позволяющих кратно увеличить значения эффективных пьезокоэффициентов, разработка законченных функциональных структур для устройств гибкой гибридной электроники и сенсорики, включая макеты гидрофонов для различных применений, пироэлектрического датчика, неинвазивного датчика артериального давления, материалов для информационной защиты и т.п.
Практическая ценность результатов проекта обусловлена стремительным развитием за последние 5 лет устройств гибкой гибридной электроники, отсутствием на российском рынке необходимых материалов для получения высокоэффективных полимерных сегнетоэлектриков и функциональных структур на их основе, все более активным применением полимерных пьезоэлектриков в системах гидроакустики, включая системы обеспечения противолодочной обороны, что является критически важным для обеспечения обороноспособности РФ, а также сформулированными предприятиями микроэлектроники задачами.
|
