Operando Investigation of the Molecular Origins of Dipole Switching in P(VDF‐TrFE‐CFE) Terpolymer for Large Adiabatic Temperature Change

材料科学 偶极子 电场 共聚物 绝热过程 聚合物 化学物理 热力学 物理 复合材料 量子力学
作者
Yuan Zhu,Hanxiang Wu,Andrew Martin,Paige Beck,Elshad Allahyarov,Thumawadee Wongwirat,Guanchun Rui,Yingke Zhu,D. Hawthorne,Jiacheng Fan,Jianghan Wu,Siyu Zhang,Lei Zhu,Sumanjeet Kaur,Qibing Pei
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (26) 被引量:4
标识
DOI:10.1002/adfm.202314705
摘要

Abstract Relaxor ferroelectric polymers exhibiting a giant electrocaloric effect (ECE) can potentially be used to create next‐generation solid‐state coolers. Under an electric field, poly(vinylidene fluoride‐trifluoroethylene‐chlorofluoroethylene) terpolymer goes through a large dipolar entropy change producing a high adiabatic temperature change (Δ T ECE ). This work resolves the molecular origins of the large entropy change behind the electric field‐induced dipole switching. A Fourier transform infrared spectroscopy equipped with a high voltage source is used to operandoly observe the characteristic molecular vibrational modes. A short‐range trans (T) conformation of the CF 2 ‐CH 2 dyads interrupted by a gauche (G) conformation, e.g., TTTG in the terpolymer chain, undergoes a dynamic transformation that leads to a corresponding Δ T ECE whenever an electric field is applied. The molecular dynamics simulation also proves that the energy barrier that the transformation from TTTGs into a long T sequence overcomes is smaller than that for all other conformations. A mixed solvent system is used to obtain T3G‐enriched terpolymer films exhibiting a 4.02 K Δ T ECE at 60 MV m −1 and these films are employed to manufacture a 2‐layer‐cascaded cooling device that achieves a 6.7 K temperature lift, the highest reported value for a 2‐layer cascaded device made of fluoropolymers.
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