華打造出彈性鐵電材料

中國科學院寧波材料技術與工程研究所團隊研發出一種兼具彈性與鐵電性的新型高分子鐵電材料，有望解決傳統鐵電材料在製造柔性可穿戴設備時難以保持性能穩定的問題。相關論文本月初發表於《科學》雜誌。

鐵電材料是一種絕緣性的多功能材料，具備高介電常數、壓電性、熱電性和電製冷性等特性，這些特性使其可被用於高儲能密度電容器、能量轉換設備，並對溫度變化敏感。

論文通訊作者之一、中國科學院寧波材料所研究員胡本林表示：“鐵電材料可用在計算機存儲器、高精度電機、超敏感傳感器和聲吶設備等電子產品中，也是我們日常使用的手機、平板電腦等電子設備中必不可少的材料。”

“作為製造柔性可穿戴設備的重要材料之一，鐵電材料的彈性化迫在眉睫。”胡本林表示，傳統鐵電材料的鐵電性來源於材料中的結晶部分，但晶體本身幾乎不具備彈性，因而鐵電性和彈性難以兼顧。

團隊基於對鐵電材料結構的研究，創新提出“彈性鐵電”概念，通過“微交聯法”精準設計和控制材料結構，創制出拉伸率高達百分之一百二十五的彈性鐵電材料。此外，通過精確控制交聯劑的用量，可以確保鐵電晶體能夠均勻地分佈在交聯網路中，使材料在交聯後也能保持較好的鐵電回應。這種彈性鐵電材料不僅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復拉伸而鐵電性依然保持穩定。它在受力後能夠恢復原狀，避免永久變形，大大提高了可靠性和使用壽命，拓展了使用範圍。

“我們把彈性鐵電材料拉伸到原長度約兩倍後發現，這種材料不但能保持原有的鐵電性，還能在外力撤除後迅速恢復原狀。”論文另一通訊作者、中國科學院寧波材料所研究員李潤偉表示，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。“例如手機就離柔軟貼身可任意彎折又近了一步，未來不僅有望更便攜，還可能集成在衣物上。”

近年來，柔性可穿戴器件在可擕式移動電子設備和人體運動檢測等領域應用前景廣闊，受到了廣泛的研究。

作為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步維艱。

水 登