دانلود مقاله ISI انگلیسی شماره 9927 + ترجمه فارسی
عنوان فارسی مقاله

پیزوالکتریسیته در کریستال هایPVDFفاز β: مطالعه ای با شبیه سازی مولکولی

کد مقاله سال انتشار مقاله انگلیسی ترجمه فارسی
9927 2008 6 صفحه PDF 12 صفحه WORD
خرید مقاله
پس از پرداخت، فوراً می توانید مقاله را دانلود فرمایید.
عنوان انگلیسی
Piezoelectricity in β-phase PVDF crystals: A molecular simulation study
منبع

Publisher : Elsevier - Science Direct (الزویر - ساینس دایرکت)

Journal : Computational Materials Science, , Volume 44, Issue 2, December 2008, Pages 224-229

فهرست مطالب ترجمه فارسی
چکیده
کلید واژه ها
1- مقدمه
2- مدلسازی
2-1- پارامترهای ساختاری PVDF فاز β
شکل 1- ساختار PVDF فاز β
جدول 1- پارامترهای طول اتصال و زاویه یPVDF فاز β
2-2- مدل و میدان نیروی شبیه سازی
جدول 2- پارامترهای پتانسیل ون دروال  برایPVDF فاز β
شکل 2- مدل شبیه سازی پیزوالکتریسیته در PVDF فاز β 
3-نتایج شبیه سازی
3-1- شبیه سازی با ثابت نگه داشتن میدان الکتریکی
شکل3- وابستگیa Wtotal  و دلتاW b  به   با ثابت نگه داشتن میدان الکتریکی اعمال شده
3-2- شبیه سازی با ثابت نگه داشتن ولتاژ اعمال شده
شکل 4- تغییرات ولتاژ اعمال شده با تغییر ثابت شبکه b، قبل و بعد از تنظیمات
شکل 5- وابستگی Wtotal به  دلتا b در حالت ولتاژ ثابت V 267/0 
شکل 6- وابستگی a Wtotal  و دلتاW b به   در حالت اعمال ولتاژهای مختلف
شکل 7- نوسانات موضعی ثبت شده با میکروسکوپ AFM در سطح فیلم های پلیمرفروالکتریک. (a) ولتاژ مثلثی ایجاد کننده نوسان؛ (b) نوسانات سطحی موضعی.
شکل 8- حلقه ی پروانه ی بدست آمده از شبیه سازی مولکولی (a) و حلقه ی اندازه گیری شده با میکروسکوپ به صورت تجربی (b).
4- بحث
شکل 9- وابستگی پتانسیل کل به  (a)، پتانسیل ون دروال و کولن (b) و پتانسیل واکنش بین کریستال PVDF و میدان الکتریکی (c) در شرایط آزاد و تحت اعمال ولتاژ ثابت.
۵- نتیجه‌گیری
کلمات کلیدی
شبیه سازی مولکولی - خاصیت پیزوالکتریکی - اثر بعدی -
ترجمه چکیده
ماهیت پیزوالکتریسیته در کریستال هایPVDFفاز βدرشبیه سازی،بر اساس روش حداقل کردن انرژی بررسی شد. نتایج شبیه سازی نشان دادند که تحت اعمال ولتاژ ثابت، کریستال هایPVDF بسته به جهت گیری دوقطبی ها و پلاریته ی ولتاژ اعمال شده، کشیده و یا فشرده می شوند. شبیه سازی ما تأیید کرده است که خاصیت پیزوالکترییک در پلیمرها عمدتاً مربوط به اثر بُعدی است. ضریب پیزوالکتریک محاسبه شده از مدل ما کاملاً با داده های تجربی همخوانی داشت که اعتبار این مدل را نشان می دهد.
ترجمه مقدمه
در سال 1969، Kawai به پیزوالکتریسیته ی قوی در پلی‌وینیلیدینفلورید (که مخفف آن PVDF است)پی برد؛ در 1971 Bergman و Wada خاصیت پیروالکتریک آن را کشف کردند و ولی نگذشت که حلقه های هیسترزیس معمول مواد فروالکتریک هم از اندازه گیری های مستقیم پلاریزاسیون با استفاده از مدار ساویر-تاور بدست آمدند. همه ی این اکتشافات در خانواده¬ی PVDF، نقطه ی عطفی در تولید مبدل های آلی محسوب می-شوند. پیش از کشف مواد فروالکتریک آلی، تصور می شد پیزوالکتریسیته و فروالکتریسیته از ویژگی های کریستال ها و سرامیک ها هستند و مکانیزم های مربوط به آن ها تماماً مورد مطالعه قرار گرفت.با این وجود، پلیمرها عمدتاً نیمه‌کریستال هستند و فاز کریستال و فاز آمورف هر دو در آن‌ها وجود دارد، بنابراین فروالکتریسیته و پیزوالکتریسیته‌یپلیمرها بدون شک با مواد غیرآلی تفاوت دارد. مطالعات انجام‌شده بر روی اینپلیمرها به دلیل کاربرد احتمالی آن‌ها در مبدل‌ها،سنسورها، عملگرها و ذخیره‌ی اطلاعات با چگالی بسیار بالا، توجه زیادی را برانگیخته‌است. مکانیزمی به نام اثر بُعدی پیشنهاد شده و مورد قبول عموم قرار گرفته‌است که اثر پیزوالکتریک و پیروالکتریک در پلیمرها را توضیح می‌دهد. بر اساس این مکانیزم، اثر پیزوالکتریک و پیروالکتریک، ناشی از تغییرات ماکروسکوپی در بُعد، به هنگام تغییر شکل یک نمونه با ثابت نگه داشتن گشتاوردوقطبی‌های مولکولر تشکیل‌دهنده‌ی آن است. مطالعات تئوریBroadhurst و همکارانش و همچنینWada و Hayakawa نشان داده‌است که تغییرات ماکروسکوپی در بعد، نقش مهمی در فعالیت پیزوالکتریکPVDFکشیده‌شده و قطبیده ایفا می‌کند. Furukawa و همکارانش با اندازه‌گیری‌های تجربی و محاسبات تئوری نقش اثر بُعدی را بر پیزوالکتریسیته در کوپلیمرهایVDF/TrFE سنجیده بودند. درمقاله ی قبلی ما، یک روش شبیه‌سازی مولکولی برای مطالعه‌ی فروالکتریسیته در PVDF معرفی شده و اثر بارهای به دام افتاده بر فرایندسوئیچینگ فروالکتریک در پلیمرها نشان داده شد. در این مقاله با استفاده از روش شبیه‌سازی مولکولی تلاش کردیم منشاء پیزوالکتریسیته را در کریستال‌هایPVDF فاز β مطالعه کنیم.
پیش نمایش مقاله
پیش نمایش مقاله پیزوالکتریسیته در کریستال هایPVDFفاز β: مطالعه ای با شبیه سازی مولکولی

چکیده انگلیسی

Based on the energy-minimization method in molecular simulation, the origin of piezoelectricity in β-phase PVDF crystals was investigated. Simulation results indicated that under the action of a constant applied voltage, PVDF crystal would be stretched or compressed, dependent on the orientation of dipoles and the polarity of the applied voltage. Our simulation confirmed that piezoelectricity in polymers would be mostly attributed to the dimensional effect. Piezoelectric coefficient calculated from our model was well consistent with experimental data, which showed the credibility of this model.

مقدمه انگلیسی

In 1969, Kawai [1] discovered strong piezoelectricity in poly(vinylidene fluoride) (PVDF, as abbreviated); in 1971, Bergman [2] and Wada [3] found its pyroelectricity; and soon typical ferroelectric hysteresis loops were also found from the direct polarization measurements using the standard Sawyer-Tower circuit [4]. All these discoveries in PVDF family have been regarded as the milestone in organic transducers [5]. Before the discovery of organic ferroelectrics, it is usually believed that piezoelectricity and ferroelectricity are characteristics of crystals and ceramics, and the related mechanism has been intensively studied. However, polymers are mostly semi-crystalline with coexistence of crystalline phase and amorphous phase, so ferroelectricity and piezoelectricity of polymers are inevitably different from those of inorganic materials. Studies on these polymers have elicited great interest because of their potential applications to transducers, sensors, actuators, and potential ultra-high-density data storage. A widely accepted mechanism, called a dimensional effect, has been put forward to explain the piezoelectricity and pyroelectricity in polymers, and this mechanism assumes that piezoelectric and pyroelectric activities arise from macroscopic dimensional changes when a sample is deformed, while the moment of constituent molecular dipoles is kept constant. Theoretical considerations by Broadhurst et al. [6] and Wada and Hayakawa [7] have shown that macroscopic dimensional changes played an important role in the piezoelectric activity of drawn and poled PVDF. Furukawa et al. [8] had examined the contribution of the dimensional effect to the piezoelectricity in VDF/TrFE copolymers by experimental measurements and theoretical calculations. In our previous work [9], we introduced the molecular simulation method to the study of ferroelectricity in PVDF and illuminated the effect of trapped charges on ferroelectric switching process in polymers. In this paper by the molecular simulation method we attempted to study the origin of piezoelectricity in β-phase PVDF crystals.

نتیجه گیری انگلیسی

Based on the energy-minimization method in molecular simulation we studied the origin of piezoelectricity in β-PVDF crystal. Simulation results confirmed that organic piezoelectricity would be attributable to the dimensional effect, which was very different from inorganic piezoelectrics. Piezoelectric coefficient obtained from our work was well consistent with experimental data, and our model also explained the origin of the negative piezoelectric effect from microscopic scale.

خرید مقاله
پس از پرداخت، فوراً می توانید مقاله را دانلود فرمایید.