材料学院黄妍斐助理教授在期刊《Nature Communication》（影响因子：14.919，中科院大类一区）上发表题为“Enhanced piezoelectricity from highly polarizable oriented amorphous fractions in biaxially oriented poly(vinylidene fluoride) with pure β crystals”的研究论文。该论文的第一作者为深圳大学材料学院助理教授黄妍斐，共同第一作者为美国凯斯西储大学在读博士生芮冠淳，通讯作者为美国凯斯西储大学Lei Zhu教授，共同通讯作者为美国凯斯西储大学Philip L. Taylor教授。深圳大学材料学院为论文第一单位。
图1. (a) BOPVDF极化前后的D-E迟滞回线；极化BOPVDF P-E loop曲线对应的(b)晶体-无定形区两相结构和(c)晶体-取向无定形组分-无规无定形组分三相结构；(d)极化BOPVDF在不同动态应力下的压电系数；(e)极化BOPVDF产生正压电性能的模型图。图片根据原文重新组合。
压电高分子在机电传感器等领域具有广阔的应用前景，但是其压电系数较低（d33 < 30 pC/N），远小于常见的压电陶瓷，如PZT（d33 ~ 550 pC/N）。为使聚合物广泛应用于压电材料领域，需大幅度提升其压电系数。然而，尽管已有几十年的研究，聚合物产生压电性的物理机制仍存在很多争议。争议主要集中在是什么组分贡献了压电性：晶体，无定形区，还是晶体-无定形区界面效应？若没有清楚的认识，将很难进一步提升聚合物压电性能。
本工作通过极高电场（> 650 MV/m）单向极化处理双拉PVDF (BOPVDF)，将其从无极性α和强极性β的混合构象，诱导为取向纯β相。具有取向纯β相的BOPVDF呈现出较高的饱和极化强度(Ps ~ 140 mC/m2)和介电常数(~22.9)，并呈现出显著提升的压电系数（d33 = -62 pC/N）。利用常规的晶体-无定型模型，100% β晶的Ps计算为270 mC/m2，高于DFT计算的理论最高值 (188 mC/m2)。因此，本工作提出，在晶区和无定型组分间，还存在大量的取向无定型组分，该组分是极化BOPVDF产生高压电性能的重要原因。通过铁电迟滞回线数据分析和分子动力学模拟，发现该取向无定形组分的含量至少为25%。该工作关于聚合物产生压电性机制的理解，为进一步提升聚合物压电系数指明了方向。
该工作获得了中国博士后基金（2019M660035）和广东省基础与应用基础研究基金项目（2019A1515110446）的支持。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-20662-7
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