Misura del coefficiente piezoelettrico di fibre polimeriche nanocomposite mediante microscopia a sonda

I materiali piezoelettrici hanno la proprietà di tradurre stimoli elettrici in effetti meccanici, e viceversa. Negli ultimi anni, le nanostrutture piezoelettriche uni-dimensionali come le nanofibre hanno suscitato notevole interesse di ricerca, ad esempio come sensori biocompatibili. La tecnica dell’elettrofilatura si è rivelata essere efficiente ed economica per la produzione di nanofibre polimeriche, anche con l’inclusione di nanoparticelle per realizzare materiali compositi. Risulta di grande importanza caratterizzare tali materiali compositi ed investigarne quantitativamente le proprietà elettromeccaniche sulla scala caratteristica dei sistemi prodotti, cioè quella nanometrica. A questo scopo sono disponibili le tecniche di microscopia a scansione di sonda. In particolare, in questa tesi è stato pensato ed utilizzato un metodo derivante dalla microscopia a forza atomica (AFM), denominato microscopia a forza di piezorisposta di non-contatto o NC-PFM, per fornire risultati quantitativamente affidabili della deformazione piezoelettrica locale di campioni soffici nanostrutturati, anche minimizzando il loro danneggiamento. Questo lavoro di tesi ha riguardato per la maggior parte la comprensione quantitativa della misura del coefficiente piezoelettrico locale ottenuta tramite NC-PFM, anche servendosi di un campione test realizzato appositamente. Successivamente si è determinata la risposta piezoelettrica di un campione di nanofibre in polivinilidenefluoruro (PVDF) caricate con nanoparticelle di titanato di bario (BaTiO3) allo scopo di incrementare l’efficienza piezoelettrica, realizzate in questo lavoro di tesi. Sono stati ottenuti valori realistici del coefficiente piezoelettrico, non dominati da effetti elettrostatici, in accordo con la letteratura relativa al polimero semicristallino ed evidenziando i contributi piezoelettrici delle nanoinclusioni di BaTiO3