Es gibt bestimmte Materialien, die ihre Form verändern, wenn an sie ein elektrisches Feld angelegt werden, oder wo ein solches Feld entsteht, wenn sie verformt werden. Die elektro-mechanischen Eigenschaften sind also miteinander verbunden. Warum der Material-Untergruppe der ferroelektrischen Polymere diese technisch interessante Verbindung bei hohen Temperaturen abhandenkommt, haben nun Forscher der Technischen Universität (TU) Wien gezeigt.

Bei Materialen mit derart exotischen Eigenschaften handle es sich meist um harte anorganische Kristalle, heißt es in einer Aussendung der Uni. Daher beschäftigen sich die Forscher vom Institut für Sensor- und Aktuatorsysteme zusammen mit Kollegen aus Madrid und London mit biegsamen ferroelektrischen Polymeren, die etwa in neuartigen Sensoren, smarten Textilien, beweglichen Energiespeichern oder Stromgeneratoren zum Einsatz kommen könnten.

Diese Materialien vereinen zwei Zustände in sich: So beinhalten sie Bereiche mit einer geordneten, kristallinen Struktur. Dazwischen gibt es aber auch ungeordnete oder amorphe Teile. Ab einer bestimmten Temperatur gehen diese Materialien ihrer exotischen Eigenschaften jedoch verlustig, wie die Wissenschafter in zwei Arbeiten in den Fachblättern "Nature Communications" und "Materials Research Letters" berichten.

Bei zu viel Hitze ist Schluss

Sie können aber auch mit einer Erklärung dafür aufwarten. "In unserem Fall bleiben die elektromechanischen Eigenschaften der winzigen Kristalle bestehen. Mikroskopisch betrachtet sind die Eigenschaften noch da, aber makroskopisch betrachtet sind sie verschwunden", so der an den Arbeiten beteiligte Forscher Jonas Hafner. Des Rätsels Lösung besteht darin, dass sich bei hohen Temperaturen die amorphen Anteile ausdehnen und dadurch ab einem gewissen Punkt die kristallinen Anteile den direkten Kontakt zueinander verlieren. Sie bleiben zwar bestehen, können aber keine mechanischen Kräfte mehr untereinander austauschen, was die starke Eigenschaftsänderung hervorruft.

Service: Die Publikationen online: https://doi.org/10.1038/s41467-020-20407-6 und https://doi.org/10.1080/21663831.2020.1868593