Компьютерное молекулярное моделирование пьезоэлектрических свойств сегнетоэлектрических композитов на основе поливинилиден-фторида с графеном и оксидом графена

Компьютерное молекулярное моделирование сегнетоэлектрических композитов, содержащих поливинилиденфторид (PVDF), графен (G) и/или оксид графена (GO), было выполнено с использованием полуэмпирического квантового приближения PM3 в программном пакете HyperChem. Пьезоэлектрические свойства композитов были проанализированы и сопоставлены с экспериментальными данными, полученными для тонких пленок, содержащих поли(винилиден-фторид-трифторэтилен) с оксидом графена (P(VDF-TrFE)/GO). Качественное соответствие было получено между результатами моделирования и экспериментальными измерениями пьезоэлектрического коэффициента, выявлено его уменьшение в присутствии G или GO. Когда модели, содержащие один или несколько слоев графена с 54 атомами углерода, были исследованы, обнаружилось, что средний пьезоэлектрический коэффициент снижается до -9.8 пм/В для односторонней модели PVDF/G и до -18.98 пм/В для двухсторонней сэндвич-модели G/PVDF/G по сравнению с рассчитанным пьезоэлектрическим коэффициентом для чистого PVDF (-42.2 пм/В). После компьютерного моделирования и расчета для моделей, включающих один или несколько слоев оксида графена с 96 атомами углерода, было найдено, что пьезоэлектрический коэффициент уменьшается до значения -14.6 пм/В для односторонней модели PVDF/GO и до значения -29.8 пм/В для двухсторонней сэндвич-модели GO/PVDF/GO по сравнению с пьезоэлектрическим коэффициентом для чистого PVDF.