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【中國科學(xué)家研發(fā)彈性鐵電材料】“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,不僅隨身攜帶會更加方便,甚至可以集成在衣物或者手套之上?!敝袊茖W(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員胡本林說。
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,北京時間8月4日凌晨獲國際著名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》在線發(fā)表。審稿人評價,這項(xiàng)研究工作“毫無疑問是本領(lǐng)域的一個里程碑。用了一個非同尋常且極其震撼的設(shè)計策略”。
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,“這是一個突破性的工作,開辟了全新的‘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,可用在計算機(jī)存儲器、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、中科院寧波材料所2023年應(yīng)屆碩士畢業(yè)生高亮說,近年來,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電性來源于材料中的結(jié)晶部分,但晶體拉伸率一般低于5%且無回彈能力,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,基于中科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,通過對材料結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)設(shè)計和控制,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%,把它拉伸到原來長度的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,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、中科院寧波材料所李潤偉研究員認(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。(完)
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