中國科學家研發彈性鐵電材料：未來或可讓手機柔軟貼身

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【中國科學家研發彈性鐵電材料】“有了彈性鐵電材料，我們的手機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。”中國科學院寧波材料技術與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鐵電性的新型高分子鐵電材料，可有效解決傳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成果論文，北京時間8月4日凌晨獲國際著名學術期刊《科學》在線發表。審稿人評價，這項研究工作“毫無疑問是本領域的一個里程碑。用了一個非同尋常且極其震撼的設計策略”。

另一位審稿人則認為，在鐵電材料被發現后的百年歷史中，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于2%的彈性回復相比，“這是一個突破性的工作，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，可用在計算機存儲器、高精度電機、超敏感傳感器和聲納設備等電子產品中，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、中科院寧波材料所2023年應屆碩士畢業生高亮說，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。但因為其鐵電性來源于材料中的結晶部分，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，這讓眾多科研機構望而卻步。

胡本林表示，本項成果中，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制，制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倍后，仍保持原有的鐵電性，還能在外力撤除后迅速恢復原狀。

制備彈性鐵電材料的方法被研究團隊稱之為“微交聯法”，與傳統的鐵電材料主要為線性結構不同，“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制交聯劑的用量，可確保鐵電晶體均勻分布在交聯網絡中，使材料在交聯后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，可承受數千次的反復拉伸而鐵電性依然保持穩定。

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，將為智慧醫療、智能可穿戴等領域創造更廣闊的想象空間。(完)

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