制備出的兼具鐵電性和柔韌性的鐵電聚合物。近年來，人們對柔性可穿戴設(shè)備的消費(fèi)日益增多，作為重要原材料之一，已經(jīng)有百年歷史的鐵電材料的彈性化也迫在眉睫，但其研發(fā)過程非常艱難。因?yàn)樵摬牧系蔫F電性來源是晶體，本身幾乎不具備彈性，拉伸率低，且無回彈能力。如何兼顧鐵電性和彈性，讓可穿戴設(shè)備更柔、更具有彈性？
針對這一難題，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所胡本林研究員和李潤偉研究員等經(jīng)過科研攻關(guān)，終于取得突破，將前述材料低于5%的彈性回復(fù)，提升到125%，開辟了全新的彈性鐵電學(xué)科方向。
8月4日，他們的研究論文在線發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）上。論文標(biāo)題是《精準(zhǔn)微交聯(lián)實(shí)現(xiàn)本征彈性聚合物鐵電性》（Intrinsically elastic polymer ferroelectric by precise slight crosslinking）。
3日，胡本林告訴澎湃科技，鐵電材料是一種多功能材料，在某些具體應(yīng)用中難以替代。比如高容量電容器，用普通材料也可以，但能量密度低；再比如換能器（聲吶、壓電噴頭，超聲成像等），必須用鐵電陶瓷。
對于柔性材料和彈性材料的區(qū)別，胡本林介紹，主要在應(yīng)變范圍，柔性一般小于5%，而且只能彎曲；而彈性的應(yīng)變范圍遠(yuǎn)大于5%，而且可以反復(fù)拉伸，當(dāng)然彎曲也可以。
鐵電材料在數(shù)據(jù)存儲和處理、傳感和能量轉(zhuǎn)換以及非線性光學(xué)和光電器件等方面有諸多應(yīng)用。它被用在計(jì)算機(jī)存儲器、高精度電機(jī)、超敏感傳感器和聲吶設(shè)備等電子產(chǎn)品中，也是手機(jī)、平板電腦等電子設(shè)備中必不可少的材料之一。
用彈性鐵電材料做成的傳感器更加隨和，具有更高的測量精度、更好的穿戴舒適性，為智慧醫(yī)療、智能可穿戴等領(lǐng)域帶來廣闊想象空間。
彈性鐵電的概念和合成策略示意圖。研究團(tuán)隊(duì)采用微交聯(lián)法為鐵電材料插上翅膀。通過精確控制交聯(lián)劑的用量，微量的柔軟鏈狀聚合物相互交織形成具有彈性的漁網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，松散地將鐵電晶體連接在一起，并在外力作用時(shí)，產(chǎn)生可逆的形變，避免對結(jié)晶部分造成破壞，從而使材料在一定拉伸范圍內(nèi)依舊能夠保持穩(wěn)定的鐵電性。
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(wěn)定性，可以承受數(shù)千次的反復(fù)拉伸，提高了可靠性和使用壽命，拓展了使用范圍。
應(yīng)變下的彈性鐵電材料。期刊審稿人評價(jià)稱，這一工作采用了一個(gè)非同尋常且極其震撼的設(shè)計(jì)策略。在鐵電材料被發(fā)現(xiàn)后的百年歷史中，和鐵電陶瓷原本不超過0.2%的拉伸應(yīng)變，以及聚合物鐵電材料原本小于2%的彈性回復(fù)相比，這是一個(gè)突破性工作。
