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中国解决分子压电材料世纪难题 以后可以用衣服给手机充电
 从东南大学网获悉,该校熊仁根教授团队、游雨蒙教授课题组与合作者在分子铁电、压电材料领域取得重要研究进展。
 
相关研究结果以“An organic-inorganic perovskite ferroelectric with large piezoelectric response(《一种具有巨大压电响应的有机-无机钙钛矿铁电体》)”为题于美国东部时间2017年7月21日发表在国际高尖学术杂志《科学》(Science)上。

文中指出,压电性指的是材料在受挤压或拉伸时可以产生电,或在材料两端施加电压后材料伸长或缩短的特性。而具有压电性的材料也就被称作为压电材料。
 
这类材料不但可以像马达那样,直接将电力转换成驱动力,还可以用电产生声波、超声波,例如医用B超探头上就使用了压电材料。
 
不仅如此,借助其可以将压力转为电信号的能力,压电材料也被用作超声传感、加速度传感器等,现在智能手机上的“摇一摇”等功能的实现正是借助压电加速度传感器。
 
不过,伴随着技术的进步,各种电子元件的尺寸日益缩小,人们希望能在一层薄薄的可以弯折的薄膜上实现以往手机、笔记本电脑的所有功能。在医学保健方面,越来越多的研究者希望将血压计、B超机等“大型设备”缩小并集成在日常衣物上做成“可穿戴的”医疗器械。
 
这些需求对传统压电材料来说,就会出现很多问题。比如压电陶瓷制作中需要上千度的高温,在这种温度下,大多数精密的电子器件与具有柔性的薄膜都无法耐受这种温度;
 
同时,陶瓷的高硬度在遇到对柔韧性的需求时反而成为缺点;另外不得不提到传统压电陶瓷中通常含有潜在的有毒金属,不利于环境保护并对生物体有可能产生毒性。
 
而除了传统的陶瓷材料,还存在另一大类由分子组成的“分子材料”,这类特殊的材料由于其结构灵活多变、性质设计调控空间大、制作成本低、容易制成薄膜、柔韧性好、可降解、无毒害等优点一直以来都是材料研究领域的热点之一。
 
这次东南大学另辟蹊径,创新性的从提升铁电极轴数量入手、利用相变前后对称性的巨大变化,发现了一类具有优异压电性能的分子铁电材料。
 
据了解,这种新型分子铁电材料不但秉承了分子材料的种种优势,同时首次在压电性能上达到了传统压电陶瓷的水平。
 
未来,这种具有优良压电特性的分子铁电材料将会使计算机芯片的体积进一步缩小,使能像纸张一样折叠弯曲的心率计、B超机成为可能,或者利用衣物的弯折对手机充电。
 
同时凭借着分子材料的良好生物兼容性,人们将制作出更加安全的医学植入器件。除此以外,分子压电材料还在传感器,人机交互技术,微机电系统,纳米机器人以及有源柔性电子学等领域具有重大的应用前景。
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