Impression Optique 3D de Matériaux Composites de Nanoparticules Piézoélectriques–Polymères

Nous démontrons ici que des matériaux composites de nanoparticules piézoélectriques-polymères efficaces peuvent être imprimés optiquement en microstructures tridimensionnelles (3D) à l'aide d'impression numérique par projection. Des polymères piézoélectriques ont été fabriqués en incorporant des nanoparticules de titanate de baryum (BaTiO3, BTO) dans des solutions de polymères photodégradables telles que le diacrylate de polyéthylène glycol et en les exposant à des masques optiques numériques qui pouvaient être modifiés dynamiquement pour générer des microstructures 3D définies par l'utilisateur. Pour améliorer l'efficacité de conversion mécanique-électrique des composites, les nanoparticules de BTO ont été chimiquement modifiées avec des groupes de surface acryliques, formant des liaisons covalentes directes avec la matrice polymer sous exposition à la lumière. Les composites avec un chargement de 10 % en masse de nanoparticules de BTO chimiquement modifiées ont montré des coefficients piézoélectriques (d(33)) d'environ 40 pC/N, ce qui est plus de 10 fois plus grand que les composites synthétisés avec des nanoparticules de BTO non modifiées et plus de 2 fois plus grand que les composites contenant des nanoparticules de BTO non modifiées et des nanotubes de carbone pour améliorer l'efficacité de transfert de contrainte mécanique. Ces résultats fournissent non seulement un outil pour fabriquer des polymères piézoélectriques 3D, mais jettent également les bases pour créer des matériaux piézoélectriques polymères hautement efficaces via un réglage nanointerfacial.