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手機可以像一層薄膜一樣隨意彎折？B超儀可以貼在身上實時監(jiān)測身體狀況？穿在身上的運動衣可以有自動發(fā)電功能？近日，來自東南大學(xué)的熊仁根教授團隊、游雨蒙教授課題組與合作者在分子鐵電、壓電材料領(lǐng)域取得重要研究進展。相關(guān)研究結(jié)果于7月21日發(fā)表在國際頂尖學(xué)術(shù)雜志《科學(xué)》（Science）上，標(biāo)志著中國在分子材料領(lǐng)域又一次走在了世界前列。

壓電性指的是材料在受擠壓或拉伸時可以產(chǎn)生電，或在材料兩端施加電壓后材料伸長或縮短的特性。而具有壓電性的材料也就被稱作為壓電材料，這類材料不但可以像馬達那樣，直接將電力轉(zhuǎn)換成驅(qū)動力，還可以用電產(chǎn)生聲波、超聲波，例如醫(yī)用B超探頭上就使用了壓電材料。不僅如此，借助其可以將壓力轉(zhuǎn)為電信號的能力，壓電材料也被用作超聲傳感、加速度傳感器等，現(xiàn)在智能手機上的“搖一搖”等功能的實現(xiàn)正是借助了壓電加速度傳感器。

不過，隨著科技的發(fā)展，人們希望各類電氣設(shè)備的尺寸越來越小，這就需要對傳統(tǒng)壓電材料進行更大規(guī)模地“壓縮”，甚至成為織物，制成衣服穿戴在身上。

“這些需求對傳統(tǒng)壓電材料來說，就會出現(xiàn)很多問題。”熊仁根教授表示，比如壓電陶瓷制作中需要上千度的高溫，在這種溫度下，大多數(shù)精密的電子器件與具有柔性的薄膜都無法耐受這種溫度；同時，陶瓷的高硬度在遇到對柔韌性的需求時反而成為缺點；另外不得不提到傳統(tǒng)壓電陶瓷中通常含有潛在的有毒金屬，不利于環(huán)境保護并對生物體有可能產(chǎn)生毒性。

這就不得不提到，除了傳統(tǒng)的陶瓷材料，還存在另一大類由分子組成的“分子材料”，這類特殊的材料由于其結(jié)構(gòu)靈活多變、性質(zhì)設(shè)計調(diào)控空間大、制作成本低、容易制成薄膜、柔韌性好、可降解、無毒害等優(yōu)點一直以來都是材料研究領(lǐng)域的熱點之一。

“為了補充傳統(tǒng)壓電陶瓷在應(yīng)用中存在的問題，研究者們近百年來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補足壓電陶瓷的短板，但收效甚微。”熊仁根教授介紹，因此他的科研團隊突破傳統(tǒng)的合成思路，另辟蹊徑，創(chuàng)新性地從提升鐵電極軸數(shù)量入手、利用相變前后對稱性的巨大變化，發(fā)現(xiàn)了一類具有優(yōu)異壓電性能的分子鐵電材料。

據(jù)了解，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，同時首次在壓電性能上達到了傳統(tǒng)壓電陶瓷的水平。雖然研究還僅存在于實驗室內(nèi)，但隨著新型分子鐵電體的開發(fā)和進步，制作出具有實用性的柔性薄膜壓電元件不再是一件難以企及的夢想。

“未來，這種具有優(yōu)良壓電特性的分子鐵電材料將會使計算機芯片的體積進一步縮小，使能像紙張一樣折疊彎曲的心率計、B超機成為可能，或者利用衣物的彎折對手機充電。同時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、人機交互技術(shù)、微機電系統(tǒng)、納米機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。”熊仁根教授對該材料的未來應(yīng)用充滿信心。