中国科学家研发弹性铁电材料：未来或可让手机柔软贴身

2023-08-05 08:49:06 来源 : 中国新闻网

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原标题：中国科学家研发弹性铁电材料：未来或可让手机柔软贴身

“有了弹性铁电材料，我们的手机就离柔软贴身可任意弯折又近了一步，不仅随身携带会更加方便，甚至可以集成在衣物或者手套之上。”中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员胡本林说。

该研究所最新发布消息显示，其柔性磁电功能材料与器件团队最近取得重大突破——在全球率先研发出兼具弹性与铁电性的新型高分子铁电材料，可有效解决传统铁电材料在可穿戴领域难以在大形变下保持稳定性能的难题。

这项研究及应用相关成果论文，北京时间8月4日凌晨获国际著名学术期刊《科学》在线发表。审稿人评价，这项研究工作“毫无疑问是本领域的一个里程碑。用了一个非同寻常且极其震撼的设计策略”。

另一位审稿人则认为，在铁电材料被发现后的百年历史中，和铁电陶瓷的不超过0.2%的拉伸应变到聚合物铁电材料小于2%的弹性回复相比，“这是一个突破性的工作，开辟了全新的‘弹性铁电’学科研究方向”。

也是论文共同通讯作者的胡本林称，铁电材料是一种神奇的绝缘性功能材料，有记忆能力，可用在计算机存储器、高精度电机、超敏感传感器和声纳设备等电子产品中，也是日常使用的手机、平板电脑等电子设备中必不可少的材料之一。

论文第一作者、中国科学院宁波材料所2023年应届硕士毕业生高亮说，近年来，作为制造柔性可穿戴器件的重要材料之一，铁电材料的弹性化迫在眉睫。但因为其铁电性来源于材料中的结晶部分，但晶体拉伸率一般低于5%且无回弹能力，所以铁电性和弹性很难兼顾，这让众多科研机构望而却步。

胡本林表示，本项成果中，基于中国科学院宁波材料所柔性磁电功能材料与器件团队创新性提出“弹性铁电”的概念，通过对材料结构的精准设计和控制，制备出在高频大应变下仍然具有良好铁电响应的弹性材料，其拉伸率高达125%，把它拉伸到原来长度的2倍后，仍保持原有的铁电性，还能在外力撤除后迅速恢复原状。

制备弹性铁电材料的方法被研究团队称之为“微交联法”，与传统的铁电材料主要为线性结构不同，“微交联法”用微量的柔软链状聚合物，让铁电晶体周边非晶的缠绕部分交联起来，相互交织形成具有弹性的渔网状结构。

高亮称，研究团队通过精确控制交联剂的用量，可确保铁电晶体均匀分布在交联网络中，使材料在交联后也能保持较好的铁电响应。这种弹性铁电材料具有很好的拉伸回弹性及稳定性，可承受数千次的反复拉伸而铁电性依然保持稳定。

论文另一共同通讯作者、中国科学院宁波材料所李润伟研究员认为，用弹性铁电材料做成的传感器将更加随和，具有更高的测量精度、更好的穿戴舒适性，将为智慧医疗、智能可穿戴等领域创造更广阔的想象空间。 (记者孙自法)

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