Capacitores Flexibles de Películas Polímeros-Partículas

HOCHMAN, E.; LUQUE, S.; AGUIRRE, M.; MIETTA, J.L.; SALEH MEDINA, L.M.; FASCIO, M.; D´ACCORSO, N.; NEGRI, RICARDO MARTÍN

Santa Fé

Congreso; VII Encuentro Argentino de Física y Química de Superficies; 2016

Se prepararon capacitores donde la película dieléctrica es un composito elástico formado por dispersiones de partículas ferroeléctricas en un polímero elastomérico. Como partículas se emplearon titanato de bario (BaTiO3) y de estroncio (SrBaTiO3). Como matriz elástica se utilizaron tres tipos de polímeros: goma de caucho sintético (SBR, por sus siglas en inglés), polidimetilsiloxano (PDMS) y difluoruro de polivinidileno (PVDF). Estos sistemas son de interés por sus aplicaciones en electrónica flexible.Las películas de SBR y PVDF se prepararon mediante spin-coating. Para ello se disolvieron el polímero y las partículas ferroeléctricas en un solvente volátil (tolueno y dimetilformamida, respectivamente), dejando evaporar parcialmente el solvente bajo agitación permanente, hasta alcanzar la viscosidad apropiada para realizar spin-coating sobre un dado sustrato conductor (aluminio o bien otro composito elastomérico). Los compositos en PDMS se prepararon en forma similar, pero agregando un agente entrecruzante al principio de la preparación y realizando el curado térmico (100 C) una vez obtenidas las películas.Las películas presentan espesores del orden de 10-50 micrones, determinados por perfilometría de barrido. La respuesta en frecuencia se determinó mediante espectroscopia de impedancia, hasta 1 MHz. La respuesta ferroeléctrica se investigó mediante la determinación de curvas de polarización dieléctrica en función de campo eléctrico utilizando un analizador LC. Para los sistemas en PDMS la respuesta en frecuencia de la impedancia se puedo ajustar bien por un modelo R//C, con resistencias entre 10-100 M y capacitancias del orden de pF. Las constantes dieléctricas estáticas dependen de la proporción y naturaleza de material inorgánico incorporado. En el caso de los sistemas en PVDF, la respuesta dieléctrica es más compleja, pues PVDF es un polímero ferroeléctrico. El ajuste de los datos de impedancia en función de la frecuencia requirió utilizar modelos circuitales conteniendo elementos de fase constante (CPE). Por otra parte, las curvas de polarización dieléctrica se obtuvieron con mucha mejor relación señal-ruido, dado el carácter ferroeléctrico de la matriz. Para los compositos en SBR se pudieron implementar contactos elásticos basados en películas de dispersiones de nanotubos de carbono (MWCN) en el respectivo elastómero, de manera de formar capas conductor-dieléctrico-conductor. Se logró una adherencia muy buena entre capas sin cortocircuito entre láminas. De esta forma se obtuvieron sistemas totalmente flexibles, en donde no solo el dieléctrico es elastomérico, si no también los contactos.