Разработка технологии получения полифункциональных прозрачных полимерных сегнетоэлектрических материалов для создания на их основе активных компонентов гибкой гибридной электроники

Целью работ проекта является создание научно-технологических основ формирования полифункциональных прозрачных и гибких полимерных сегнетоэлектрических материалов с заданными свойствами, а также функциональных структур на их основе для устройств гибкой гибридной электроники. Задачи проекта включают в себя разработку технологии получения сегнетоэлектрических пленок различными методами, проработку вопросов поляризации данных пленок, включая новый метод плазменной поляризации, изучение структурных, пьезо- и пироэлектрических свойств таких пленок, исследование термомеханических свойств, проработку вопросов надежности устройств на основе таких пленок и структур на их основе для устройств гибкой гибридной электроники. Работы второго этапа посвящены синтезу сополимера виниленденфторида с трифторэтиленом (ВДФ-ТрФЭ) с применением реакции протонирования, разработке методики получения сегнетоэлектрических пленок на основе сополимеров винилиденфторида; исследованию оптических электрофизических и структурно-морфологических свойств получаемых пленок; разработке методик и созданию лабораторной базы для измерения пиро- и пьезоэлектрических свойства получаемых материалов; разработке метода поляризации полимерных сегнетоэлектриков с применением плазмы тлеющего разряда, а также созданию функциональных структур для устройств гибкой гибридной электроники, включая разработку технологии получения высокоэффективных гибких электродов с высоким соотношением прозрачности и электропроводности и проработку некоторых устройств на основе разрабатываемых материалов. По результатам работ второго этапа отработана технология получение полимерных сегнетоэлектрических пленок на основе винилиденфторида с тетрафторэтиленом (ВДФ-ТФЭ) методом полива из общего растворителя, проведен ряд исследований оптических, электрофизических и структурно-морфологических свойств получаемых пленок. Разработана методика гидрирования полимеров СКФ 32 и Ф32Л для замены атома хлора на атом водорода и показана возможность получения сополимера ВДФ-ТрФЭ с выходом 87-90%. Разработан метод поляризации полимерных сегнетоэлектриков с использованием плазмы тлеющего разряда, показавший свою эффективность по сравнению с применяемыми сегодня методами контактной поляризации и поляризации в коронном разряде, а также проведено исследование воздействия плазмы различного типа на структуру и электрофизические свойства пленки ПВДФ. Разработан и изготовлен ряд стендов для измерения характеристик и испытаний сегнетоэлектрических пленок и устройств на их основе, включая акустический стенд для измерения динамического пьезоэлектрического модуля всестороннего сжатия, а также исследования акустических характеристик микрофонов на основе пленки ПВДФ; стенд для измерения пьезоэлектрического коэффициента путем регистрации заряда, индуцированного импульсным силовым воздействием при падении шарика, который позволяет проводить измерения в широком диапазоне температур; стенд для измерения пьезоэлектрических коэффициентов методом трансформатора, а также стенд для исследования электроактивных (пиро- и пьезоэлектрических) свойств сегнетоэлектрических полимерных пленок и их поверхностного микротекстурирования. Изучено влияния микроструктуры поверхности в самополяризующихся сегнетоэлектрических полимерах на величину их поверхностного потенциала. Рассмотрены причины и механизмы формирования различий в микроструктуре на двух сторонах полимерных сегнетоэлектрических пленок, которые могут быть использованы для описания физических процессов в гибкоцепных кристаллизующихся полимерах. Проведено исследование доменной структуры полимеров на основе ВДФ методами сканирующей зондовой микроскопии и рентгенодифракционного анализа, которое выявило участие аморфной (параэлектрической фазы) в формировании сегнетоэлектрических доменов. Проведены экспериментальные исследования по фиксированию пьезо- и пироэлектрического откликов в поляризованных металлизированных пленках ПВДФ при импульсном лазерном воздействии. Показана возможность локальной деполяризации металлизированной пленки и абляции металлизированного слоя. Проведен ряд экспериментов по изучению влияния отжига на электрофизические свойства пленок на основе ВДФ-ТФЭ, которые выявили снижение гетерогенности системы после отжига, приводящее к улучшению электрофизических свойств пленок, но ухудшению прозрачности. Методом импедансной спектроскопии изучены диэлектрические свойства полимерных сегнетоэлектрических пленок в области частот от 20 Гц до 125 МГц. Полученные данные позволили оценить качество синтезируемых пленок и скорректировать методику получения образцов. Получены температурные зависимости коэффициента d33 для структуры ITO-PVDF-ITO, а также результаты измерения оптических свойств, которые позволяют выбирать температурные условия эксплуатации и хранения акустооптических устройств на ее основе. Разработаны технологии получения высокоэффективных гибких электродов с высоким соотношением прозрачности и электропроводности на основе сплошных слоев ITO и металлических сетчатых структур. Рассмотрены некоторые перспективные конструкции датчиков на основе пленок ПВДФ, а также проведен анализ типовых технологических операций их изготовления.