我國(guó)科學(xué)家成功研發(fā)彈性鐵電材料

能夠隨意彎曲的手機(jī)、像衣服一樣合體的可穿戴設(shè)備……中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所（以下簡(jiǎn)稱“中國(guó)科學(xué)院寧波材料所”）開發(fā)出的新材料可能讓這一切成為現(xiàn)實(shí)——科研人員在全球率先研發(fā)出有彈性的新型高分子鐵電材料，使傳統(tǒng)鐵電材料既能保持穩(wěn)定的鐵電性，又能像橡皮筋一樣有彈性。

這項(xiàng)研究解決了鐵電材料在可穿戴領(lǐng)域難以在大形變下保持穩(wěn)定性能的難題，相關(guān)論文已在學(xué)術(shù)期刊發(fā)表。有評(píng)價(jià)認(rèn)為：這項(xiàng)工作令人驚嘆，毫無疑問是本領(lǐng)域的一個(gè)里程碑！……這是一個(gè)突破性工作，開辟了全新的“彈性鐵電”學(xué)科方向。

該研究的主要完成人之一、中國(guó)科學(xué)院寧波材料所研究員胡本林介紹，鐵電材料是一種神奇的絕緣性功能材料，它的表面自帶電荷，沒有外加電場(chǎng)時(shí)，這些電荷處于無序狀態(tài)，一旦有電場(chǎng)作用在鐵電材料上，這些電荷就會(huì)重新排列，而且排列的方式會(huì)隨著電場(chǎng)的變化而變化。此外，鐵電材料還有記憶能力——它們能夠記住之前的電場(chǎng)狀態(tài)，即便電場(chǎng)不再作用，排列后的電荷也會(huì)保持原來的狀態(tài)而不發(fā)生改變。這使得鐵電材料具備高介電常數(shù)、壓電性、熱電性、電制冷性等特性，可以用在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器、高精度電機(jī)、超敏感傳感器和聲吶設(shè)備等電子產(chǎn)品中，也是我們?nèi)粘Ｊ褂玫氖謾C(jī)、平板電腦等電子設(shè)備中必不可少的材料之一。

鐵電材料也是制造柔性可穿戴器件的重要材料之一，但它卻有一個(gè)缺點(diǎn)：幾乎不具備彈性。這是因?yàn)殍F電材料的鐵電性來源于材料中的結(jié)晶部分，但晶體本身幾乎不具備彈性——要么鐵電性，要么彈性，兩者似乎不可兼得。

針對(duì)這個(gè)難題，中國(guó)科學(xué)院寧波材料所柔性磁電功能材料與器件團(tuán)隊(duì)基于對(duì)鐵電材料結(jié)構(gòu)的深入研究，創(chuàng)新性地提出了“彈性鐵電”的概念，通過對(duì)材料結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)和控制，創(chuàng)造性地提出制備彈性鐵電材料的“微交聯(lián)法”，實(shí)現(xiàn)了鐵電材料鐵電性與彈性的平衡，制備出了在高頻大應(yīng)變下仍然具有良好鐵電響應(yīng)的彈性材料。這種材料的拉伸率高達(dá)125%——把它拉伸到原來長(zhǎng)度的2倍后，不但能保持原有的鐵電性，而且還能在外力撤除后迅速恢復(fù)原狀。

這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)有廣闊的潛在應(yīng)用，用彈性鐵電材料做成的傳感器將更加隨和，具有更高的測(cè)量精度、更好的穿戴舒適性，將為智慧醫(yī)療、智能可穿戴等領(lǐng)域創(chuàng)造更廣闊的想象空間。

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