Structural characterization of polymeric nanofibers of polyvinylidene fluoride (PVDF)

Caracterización estructural de nanofibras poliméricas de fluoruro de polivinilideno (PVDF)

El fluoruro de polivinilideno (PVDF) es un material polimérico que exhibe piezoelectricidad, que es la capacidad de ciertos materiales de generar una carga eléctrica en respuesta a la tensión mecánica aplicada. Las nanofibras electrohiladas se prepararon a partir de una solución con 1800 mg de polvo de PVDF (18% en peso) disueltos en 7,5 ml de dimetilformamida (DMF) y 2,5 ml de acetona. El montaje experimental utilizado en el proceso de deposición electrostática fue desarrollado en nuestro laboratorio. La microscopía de fuerza atómica (AFM) mostró que las fibras varían de 100 nm a 200 nm. Las mediciones de microscopía electrónica de barrido (SEM) mostraron nanofibras distribuidas y bien formadas, pero con poca incidencia de perlas. Los resultados de la espectroscopía de dispersión de energía (EDX) mostraron que todos los puntos de las nanofibras formadas tienen composiciones químicas muy similares, basadas en carbono y flúor. El análisis espectroscópico de infrarrojos por transformada Raman y Fourier (FTIR) reveló las bandas características relacionadas con la fase β en la muestra, que es responsable de la piezoelectricidad del PVDF.

1. INTRODUCCIÓN

El fluoruro de polivinilideno (PVDF) ha llamado mucho la atención de la comunidad científica, tecnológica e industrial debido a sus buenas propiedades mecánicas, resistencia a ácidos, disolventes, calor, radiación y bajo coste[1,2]. Sin embargo, otras características consideradas más relevantes son su elevada respuesta ferroeléctrica, piroeléctrica, piezoeléctrica y dieléctrica[2-5]. Este polímero está formado por grupos CH2 y CF2 alternos a lo largo de su cadena polimérica. Además, el polímero puede cristalizar en, al menos, cinco fases cristalinas distintas, conocidas como alfa (α), beta (β), gamma (γ), delta (δ) y épsilon (ε)[6-12]. Cada fase proporciona propiedades únicas al polímero y, por tanto, diferentes aplicaciones[13,14]. La fase α es la fase cristalina más común obtenida por el PVDF. Esta fase es apolar y puede obtenerse enfriando soluciones con diferentes disolventes, por ejemplo, dimetilformamida (DMF)[15]. La fase β es la que presenta mayor momento dipolar y mayor respuesta piezoeléctrica; por lo tanto, es la más deseable para diversas aplicaciones[5]; por ejemplo, para aplicaciones en sensores y actuadores, ya que presenta mejores propiedades piro y piezoeléctricas[4,16]. Recientemente, se ha descubierto que en la cristalización del PVDF a partir de una disolución en DMF, se pueden obtener las fases α o β, dependiendo de la temperatura de cristalización elegida[17]. La concentración de la solución de PVDF se suele utilizar dentro de un rango de 10 - 25 % en peso[2,4]. A concentraciones altas y bajas de PVDF, no hay estabilidad en la formación de fases β y hay menos enredos entre las cadenas moleculares del polímero, respectivamente[2]. Las nanofibras de PVDF se obtuvieron mediante electrospinning.