壓電性指的是材料在受擠壓或拉伸時(shí)可以產(chǎn)生電，或在材料兩端施加電壓后材料伸長(zhǎng)或縮短的特性。具有壓電性的壓電材料不僅可以直接將電力轉(zhuǎn)化成驅(qū)動(dòng)力，用電產(chǎn)生聲波、超聲波，還可以用于制造超聲傳感、加速度傳感器等，可廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、醫(yī)療和國(guó)防等眾多領(lǐng)域。
然而，在電子產(chǎn)品日益精細(xì)化、柔性化的時(shí)代潮流前，傳統(tǒng)壓電陶瓷材料制造溫度高、硬度大、具有一定毒性等特點(diǎn)成了阻礙。
于是，學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界試圖在另一類(lèi)壓電材料——由分子組成的“分子材料”上尋找答案。與壓電陶瓷材料相比，“分子材料”擁有結(jié)構(gòu)靈活多變、性質(zhì)設(shè)計(jì)調(diào)控空間大、制作成本低、容易制成薄膜、柔韌性好、可降解、無(wú)毒害等許多優(yōu)點(diǎn)。
研究者們近百年來(lái)一直在努力提升分子材料的壓電性能，希望能用分子材料來(lái)補(bǔ)足壓電陶瓷的短板，但卻收效甚微。在這一背景下，熊仁根教授團(tuán)隊(duì)突破傳統(tǒng)的合成思路，另辟蹊徑，創(chuàng)新性的從提升鐵電極軸數(shù)量入手、利用相變前后對(duì)稱(chēng)性的巨大變化，發(fā)現(xiàn)了一類(lèi)具有優(yōu)異壓電性能的分子鐵電材料。
據(jù)悉，這種新型分子鐵電材料不但秉承了分子材料的種種優(yōu)勢(shì)，同時(shí)在壓電性能上達(dá)到了傳統(tǒng)壓電陶瓷的水平。雖然研究還僅存在于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，但隨著新型分子鐵電體的開(kāi)發(fā)和進(jìn)步，制作出具有實(shí)用性的柔性薄膜壓電元件不再是一件難以企及的夢(mèng)想。
熊仁根教授表示，“未來(lái)，這種具有優(yōu)良?jí)弘娞匦缘姆肿予F電材料將會(huì)使計(jì)算機(jī)芯片的體積進(jìn)一步縮小，使能像紙張一樣折疊彎曲的心率計(jì)、B超機(jī)成為可能，或者利用衣物的彎折對(duì)手機(jī)充電。同時(shí)憑借著分子材料的良好生物兼容性，人們將制作出更加安全的醫(yī)學(xué)植入器件。除此以外，分子壓電材料還在傳感器，人機(jī)交互技術(shù)，微機(jī)電系統(tǒng)，納米機(jī)器人以及有源柔性電子學(xué)等領(lǐng)域具有重大的應(yīng)用前景。”
據(jù)悉，這一研究成果已于2017年7月21日被高尖學(xué)術(shù)雜志《科學(xué)》在線發(fā)表，標(biāo)志著中國(guó)在分子材料領(lǐng)域又一次走在了世界前列。
