中新網北京8月4日電 (記者 孫自法)中國古語有雲(yun) “魚和熊掌不可兼得”，俗話又說“甘蔗不能兩(liang) 頭甜”，而在材料領域，解決(jue) 這類矛盾的客觀需求長期以來廣受社會(hui) 關(guan) 注並吸引學界持續聚焦研究。

　　填補彈性鐵電材料領域空白

　　來自中國科學院寧波材料技術與(yu) 工程研究所(寧波材料所)的最新消息說，該所柔性磁電功能材料與(yu) 器件團隊最近在實現材料性能的“魚和熊掌”兼得方麵取得重大突破——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，填補了彈性鐵電材料領域的空白。

　　由中國科學家完成這項材料理論研究及應用研發重大突破的相關(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》(Science)在線發表。

　　《科學》期刊審稿人評價(jia) 稱，這項研究工作“絕對令人驚歎，毫無疑問是本領域的一個(ge) 裏程碑。鑒於(yu) 在彈性體(ti) 和鐵電體(ti) 兩(liang) 個(ge) 領域都有廣泛的吸引力，本工作毫無疑問值得發表，尤其是用了一個(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”。

　　柔性製造亟需鐵電材料彈性化

　　論文共同通訊作者、中國科學院寧波材料所胡本林研究員科普稱，鐵電材料與(yu) 人們(men) 生活中常見的鋼鐵沒有什麽(me) 關(guan) 係，“鐵電”一詞來源於(yu) 這種材料在電場作用下有著和鐵磁材料類似的回滯曲線。鐵電材料是一種神奇的絕緣性功能材料，它自帶電荷，沒有外加電場時，這些電荷處於(yu) 無序狀態，一旦有電場作用在鐵電材料上，這些電荷就會(hui) 重新排列，而且排列的方式會(hui) 隨著電場的變化而變化。此外，鐵電材料還有記憶能力。它們(men) 能夠記住之前的電場狀態，即便電場不再作用，排列後的電荷也會(hui) 保持原來的狀態而不發生改變。這就使得鐵電材料具備高介電常數、壓電性、熱電性、電製冷性等特性，可以用在計算機存儲(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) 生高亮介紹說，近年來，柔性可穿戴器件在便攜式移動電子設備和人體(ti) 運動檢測等領域應用前景廣闊，受到廣泛關(guan) 注和研究。作為(wei) 製造柔性可穿戴器件的重要材料之一，鐵電材料的彈性化也迫在眉睫，但是研究製備彈性化鐵電材料卻舉(ju) 步維艱。這是因為(wei) 鐵電材料的鐵電性來源於(yu) 材料中的結晶部分，但晶體(ti) 本身幾乎不具備彈性，拉伸率一般低於(yu) 5%且沒有回彈能力，所以鐵電性和彈性對於(yu) 鐵電材料而言很難兼顧，也讓眾(zhong) 多科研機構望而卻步。

　　創新提出“彈性鐵電”概念

　　胡本林研究員表示，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) 器件團隊對鐵電材料結構的深入研究，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，實現了鐵電材料鐵電性與(yu) 彈性的平衡，並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，這種材料的拉伸率高達125%，也就是說把它拉伸到原來長度的2倍後，不但能保持原有的鐵電性，而且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。這種漁網狀結構鬆散地將鐵電晶體(ti) 連接在一起，在外力作用時，可以產(chan) 生可逆的形變來吸收外力，避免外力對結晶部分的破壞，進而使材料在一定拉伸範圍內(nei) 依舊能夠保持穩定的鐵電性。而在外力撤銷時，這種彈性的漁網狀結構能夠回複至初始狀態。

　　高亮稱，采用最新研發的方法，研究團隊通過精確控製交聯劑的用量，可以確保鐵電晶體(ti) 能夠均勻地分布在交聯網絡中，使材料在交聯後也能保持較好的鐵電響應。這種彈性鐵電材料不僅(jin) 具有很好的拉伸回彈性，而且具有極好的拉伸穩定性，可以承受數千次的反複拉伸而鐵電性依然保持穩定。它在受力後能夠恢複原狀，避免永久變形，從(cong) 而大大提高可靠性和使用壽命，並拓展使用範圍。

　　論文共同通訊作者、中國科學院寧波材料所李潤偉(wei) 研究員認為(wei) ，“微交聯法”為(wei) 鐵電材料插上了一雙彈性化的翅膀，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。

　　“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。”胡本林展望研究成果的應用前景時說。(完)