Preisgünstige Plastikspeicher

  • 25. March 2013

Kunststoffspeichermedium lässt sich aus Rohstoffpolymer kristallisieren.

Das Polymer namens Polyvinylidenfluorid l PVDF wird häufig für Membranfilter und Verpackungsfolien verwendet. Es ist preisgünstig, extrem wärmebeständig und chemisch sehr stabil ist, aber für Anwendungen in einer Speicherzelle sind ferroelektrische Eigenschaften unverzichtbar. Die Polarisierung von ferroelektrischen Materialien lässt sich durch die Verwendung eines elektrischen Felds verändern. Der bistabile Polarisierungszustand eignet sich dafür, Informationen zu speichern. Nun ist es Forschern von der Universität Groningen und dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung gelungen, einen neuen Herstellungsprozess zu finden, der PVDF zum Speichermedium machen kann.

Abb.: Mengyuan Li mit zwei dünnen PVDF-Proben: rechts, milchige, raue PVDF-Folie, die konventionell hergestellt wurde, links: transparente glatte Folie, die mit dem verbesserten Verfahren hergestellt wurde. (Bild: MPIP)

Abb.: Mengyuan Li mit zwei dünnen PVDF-Proben, rechts die milchige, raue PVDF-Folie aus konventioneller Produktion, links die transparente glatte Folie, die mit dem verbesserten Verfahren hergestellt wurde. (Bild: MPIP)

Einen funktionstüchtigen elektrischen Schalter aus reinem PVDF herzustellen, ist schwierig. „Dafür gibt es zwei Gründe“, sagt Dago de Leeuw, der die Studie geleitet hat. „Zunächst einmal stellt es eine große Herausforderung dar, eine glatte, dünne Folie aus PVDF herzustellen.“ Diese seien nämlich normalerweise rau – ähnlich wie mikroskopisches Sandpapier. „Zusätzlich erzeugt die konventionelle Verarbeitung nicht-ferroelektrische dünne Folien, da das PVDF in einer nicht-polaren Phase kristallisiert.“

Mengyan Li von der Universität Groningen konnte diese Probleme lösen. Sie benutzte eine Alternative, um dünne Folien von PVDF herzustellen. „Die Kontrolle der Verarbeitungsbedingungen stellte sich als entscheidender Schritt heraus“, sagt Li. „Üblicherweise stellt man diese Art von Folie bei Zimmertemperatur her. Aber PVDF verwandelt sich bei hoher Temperatur in eine schön glatte, dünne Folie“, erklärt De Leeuw. Zusätzlich werden die Folien nach der Einwirkung eines kurzen elektrischen Puls ferroelektrisch.

„PVDF hat vier verschiedene Kristallphasen“, fährt De Leeuw fort. Mit ihrer Arbeit hat Li die Deltaphase geformt, die ferroelektrisch und auch bei hohen Temperaturen stabil ist. Die Existenz von Delta-PVDF wurde bereits in den 1980er Jahren vorausgesagt, aber nie experimentell in dünnen Folien nachgewiesen.

In dem Artikel zeigen die Forscher, wie sich ein Kunststoffspeichermedium aus Delta-PVDF herstellen lässt. Kunststoffspeichermedien gibt es bereits, aber sie bestehen aus einem speziellen Copolymer von PVDF mit Trifluoroethylen. „Dieses Material ist schwer herzustellen, sehr teuer und außerdem verliert es seine ferroelektrischen Eigenschaften bei Temperaturen über 80 Grad Celsius. Wenn das passiert, verliert man alle gespeicherten Daten.“ Die Herstellung von PVDF ist dagegen kostengünstig, und die Folien erhalten die gespeicherten Daten bei Temperaturen von bis zu rund 170 Grad Celsius. Infolgedessen stellt Delta-PVDF den idealen Kandidaten für Datenspeicherung in der Kunststoffelektronik dar.

MPIP / PH

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