中國科學家研發彈性鐵電材料:未來或可讓手機柔軟貼身
中新社北京8月4日電 (記者 孫自法)“有了彈性鐵電材料,我們(men) 的手機就離柔軟貼身可任意彎折又近了一步,不僅(jin) 隨身攜帶會(hui) 更加方便,甚至可以集成在衣物或者手套之上。”中國科學院寧波材料技術與(yu) 工程研究所研究員胡本林說。
該研究所最新發布消息顯示,其柔性磁電功能材料與(yu) 器件團隊最近取得重大突破——在全球率先研發出兼具彈性與(yu) 鐵電性的新型高分子鐵電材料,可有效解決(jue) 傳(chuan) 統鐵電材料在可穿戴領域難以在大形變下保持穩定性能的難題。
這項研究及應用相關(guan) 成果論文,北京時間8月4日淩晨獲國際著名學術期刊《科學》在線發表。審稿人評價(jia) ,這項研究工作“毫無疑問是本領域的一個(ge) 裏程碑。用了一個(ge) 非同尋常且極其震撼的設計策略”。
另一位審稿人則認為(wei) ,在鐵電材料被發現後的百年曆史中,和鐵電陶瓷的不超過0.2%的拉伸應變到聚合物鐵電材料小於(yu) 2%的彈性回複相比,“這是一個(ge) 突破性的工作,開辟了全新的‘彈性鐵電’學科研究方向”。
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,可用在計算機存儲(chu) 器、高精度電機、超敏感傳(chuan) 感器和聲納設備等電子產(chan) 品中,也是日常使用的手機、平板電腦等電子設備中必不可少的材料之一。
論文第一作者、中國科學院寧波材料所2023年應屆碩士畢業(ye) 生高亮說,近年來,作為(wei) 製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。但因為(wei) 其鐵電性來源於(yu) 材料中的結晶部分,但晶體(ti) 拉伸率一般低於(yu) 5%且無回彈能力,所以鐵電性和彈性很難兼顧,這讓眾(zhong) 多科研機構望而卻步。
胡本林表示,本項成果中,基於(yu) 中國科學院寧波材料所柔性磁電功能材料與(yu) 器件團隊創新性提出“彈性鐵電”的概念,通過對材料結構的精準設計和控製,製備出在高頻大應變下仍然具有良好鐵電響應的彈性材料,其拉伸率高達125%,把它拉伸到原來長度的2倍後,仍保持原有的鐵電性,還能在外力撤除後迅速恢複原狀。
製備彈性鐵電材料的方法被研究團隊稱之為(wei) “微交聯法”,與(yu) 傳(chuan) 統的鐵電材料主要為(wei) 線性結構不同,“微交聯法”用微量的柔軟鏈狀聚合物,讓鐵電晶體(ti) 周邊非晶的纏繞部分交聯起來,相互交織形成具有彈性的漁網狀結構。
高亮稱,研究團隊通過精確控製交聯劑的用量,可確保鐵電晶體(ti) 均勻分布在交聯網絡中,使材料在交聯後也能保持較好的鐵電響應。這種彈性鐵電材料具有很好的拉伸回彈性及穩定性,可承受數千次的反複拉伸而鐵電性依然保持穩定。
論文另一共同通訊作者、中國科學院寧波材料所李潤偉(wei) 研究員認為(wei) ,用彈性鐵電材料做成的傳(chuan) 感器將更加隨和,具有更高的測量精度、更好的穿戴舒適性,將為(wei) 智慧醫療、智能可穿戴等領域創造更廣闊的想象空間。(完)
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