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硕士生一作,重磅Science!开辟全新方向

时间: 2023-08-22    浏览量: 11991

8月4日,国际顶尖学术期刊Science,发布宁波材料所柔性磁电功能材料与器件团队的重磅科研成果——全球率先研发出兼具弹性与铁电性的新型高分子铁电材料,有效解决传统铁电材料在可穿戴领域难以在大形变下保持稳定性能的难题,填补了弹性铁电材料领域的空白。


通俗地说,人在运动状态下,穿戴设备的普通部位拉伸度约是10%,肘部约是50%,而传统铁电材料的弹性应变小于2%。但中国科学院宁波材料所研发制备的弹性铁电材料,其拉伸率高达125%,拉伸到原来长度的2倍后,仍能保持原有的铁电性,还能迅速复原。


这一研究成果以“Intrinsically elastic polymer ferroelectric by precise slight crosslinking”为题发布在《科学》上,中国科学院宁波材料所为第一完成单位和唯一通讯单位,中国科学技术大学纳米学院和中国科学院宁波材料所的联合培养硕士生高亮为第一作者,中国科学院宁波材料所胡本林研究员和李润伟研究员为通讯作者。


“这个工作绝对令人惊叹,毫无疑问是本领域的一个里程碑!”《科学》期刊审稿专家评价。


审稿专家认为,在铁电材料被发现后的百年历史中,和铁电陶瓷的不超过0.2%的拉伸应变,到聚合物铁电材料小于2%的弹性回复相比,这是一个突破性的工作,开辟了全新的“弹性铁电”学科方向


铁电材料是一种神奇的绝缘性功能材料,其具备高介电常数、压电性、热电性、电制冷性等特性,可以用在计算机存储器、高精度电机、超敏感传感器和声纳设备等电子产品中,也是我们日常使用的手机、平板电脑等电子设备中必不可少的材料之一。


中国科学院宁波材料所研究团队基于对铁电材料结构的深入研究,创新性地提出了“弹性铁电”的概念,通过对材料结构的精准设计和控制,实现了铁电材料铁电性与弹性的平衡,制备出在高频大应变下仍然具有良好铁电响应的弹性材料。


这种精准设计的方法,被团队称为“微交联法”,也就是用微量的柔软链状聚合物,让铁电晶体周边非晶的缠绕部分交联起来,相互交织形成具有弹性的渔网状结构,它可以松散地将铁电晶体连接在一起,在外力作用时,产生可逆的形变来吸收外力,避免外力对结晶部分的破坏,进而使材料在一定拉伸范围内依旧能够保持稳定的铁电性。


“用了一个非同寻常且极其震撼的设计策略。”对这一方法,《科学》期刊审稿专家如是评价。


“拉伸回弹性很好,稳定性也极好,可以承受数千次的反复拉伸而铁电性依然保持稳定,这大大提高了可靠性和使用寿命,拓展了弹性铁电材料的使用范围。”胡本林说。


他认为,弹性铁电材料的突破性研究,为智慧医疗、智能可穿戴等领域的发展带来无限想象空间。


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关键词:传统铁电材料,新型高分子铁电材料

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