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“有了彈性鐵電材料，我們的手機(jī)就離柔軟貼身可任意彎折又近了一步，不僅隨身攜帶會(huì)更加方便，甚至可以集成在衣物或者手套之上。”中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員胡本林說(shuō)。
該研究所最新發(fā)布消息顯示，其柔性磁電功能材料與器件團(tuán)隊(duì)最近取得重大突破——在全球率先研發(fā)出兼具彈性與鐵電性的新型高分子鐵電材料，可有效解決傳統(tǒng)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。
這項(xiàng)研究及應(yīng)用相關(guān)成果論文，北京時(shí)間8月4日凌晨獲國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》在線發(fā)表。審稿人評(píng)價(jià)，這項(xiàng)研究工作“毫無(wú)疑問(wèn)是本領(lǐng)域的一個(gè)里程碑。用了一個(gè)非同尋常且極其震撼的設(shè)計(jì)策略”。
另一位審稿人則認(rèn)為，在鐵電材料被發(fā)現(xiàn)后的百年歷史中，和鐵電陶瓷的不超過(guò)0.2%的拉伸應(yīng)變到聚合物鐵電材料小于2%的彈性回復(fù)相比，“這是一個(gè)突破性的工作，開(kāi)辟了全新的‘彈性鐵電’學(xué)科研究方向”。
也是論文共同通訊作者的胡本林稱，鐵電材料是一種神奇的絕緣性功能材料，有記憶能力，可用在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器、高精度電機(jī)、超敏感傳感器和聲納設(shè)備等電子產(chǎn)品中，也是日常使用的手機(jī)、平板電腦等電子設(shè)備中必不可少的材料之一。
論文第一作者、中國(guó)科學(xué)院寧波材料所2023年應(yīng)屆碩士畢業(yè)生高亮說(shuō)，近年來(lái)，作為制造柔性可穿戴器件的重要材料之一，鐵電材料的彈性化迫在眉睫。但因?yàn)槠滂F電性來(lái)源于材料中的結(jié)晶部分，但晶體拉伸率一般低于5%且無(wú)回彈能力，所以鐵電性和彈性很難兼顧，這讓眾多科研機(jī)構(gòu)望而卻步。
胡本林表示，本項(xiàng)成果中，基于中國(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)創(chuàng)新性提出“彈性鐵電”的概念，通過(guò)對(duì)材料結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)和控制，制備出在高頻大應(yīng)變下仍然具有良好鐵電響應(yīng)的彈性材料，其拉伸率高達(dá)125%，把它拉伸到原來(lái)長(zhǎng)度的2倍后，仍保持原有的鐵電性，還能在外力撤除后迅速恢復(fù)原狀。
制備彈性鐵電材料的方法被研究團(tuán)隊(duì)稱之為“微交聯(lián)法”，與傳統(tǒng)的鐵電材料主要為線性結(jié)構(gòu)不同，“微交聯(lián)法”用微量的柔軟鏈狀聚合物，讓鐵電晶體周邊非晶的纏繞部分交聯(lián)起來(lái)，相互交織形成具有彈性的漁網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
高亮稱，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)精確控制交聯(lián)劑的用量，可確保鐵電晶體均勻分布在交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，使材料在交聯(lián)后也能保持較好的鐵電響應(yīng)。這種彈性鐵電材料具有很好的拉伸回彈性及穩(wěn)定性，可承受數(shù)千次的反復(fù)拉伸而鐵電性依然保持穩(wěn)定。
論文另一共同通訊作者、中國(guó)科學(xué)院寧波材料所李潤(rùn)偉研究員認(rèn)為，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。 (記者 孫自法)
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