Investigaiotn of origin of high piezoelectric response from piezoelectric nano/micro polymer fibers

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K15421
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 28050:Nano/micro-systems-related
• Research Institution: Kyoto Institute of Technology
• Principal Investigator: Ishii Yuya 京都工芸繊維大学, 繊維学系, 准教授 (30633440)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ナノマイクロファイバ / 圧電 / 極細繊維 / エレクトレット / 電界紡糸 / エレクトロスピニング / 電気機械特性 / ポリマー

Outline of Final Research Achievements

This research demonstrated that as-electrospun fiber mats comprising polymers, films of which normally do not show piezoelectric responses of piezoelectric polymers, showed outstanding electromechanical responses. In particular, as-electrospun fiber mats of atactic polystyrene, an inexpensive general-purpose polymer, showed outstanding direct and converse electromechanical properties. Furthermore, it was clarified that the fiber mat was a ferroelectret with positive charges held near the top and negative charges held near the bottom; consequently, this unique charge distribution was the basic mechanism of the above electromechanical responses. The outstanding electromechanical properties are attributed to the modestly charged and very soft properties of the fiber mats.

Free Research Field

高分子エレクトロニクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究成果は、これまで世界的に未解明であった「フィルムでは圧電性を示さないポリマーを電界紡糸法によりナノもしくはマイクロファイバ膜化することにより、なぜ極めて高い疑似圧電性が発現したのか?」という学術的問いに始めて答えを見出した。また本研究成果は、例えば高価な圧電ポリマーに限定されずに,安価な汎用ポリマーで高感度な圧力センサや発電素子を製造できる可能性を示した。加えて、本研究の電界紡糸ナノマイクロファイバ膜は、通常の圧電材料に必要なポーリングなどの後処理を必要としないため、作製プロセスの省工程化や省エネルギー化が期待される。