近日，中國科學院寧波材料技術與工程研究所（以下簡稱“中國科學院寧波材料所”）柔性磁電功能材料與器件團隊在全球率先研發(fā)出了兼具彈性回復與鐵電性的新型高分子鐵電材料，有效解決了傳統(tǒng)鐵電材料在可穿戴領域難以在大形變下保持穩(wěn)定性能的難題，填補了彈性鐵電材料領域的空白。相關論文于8月4日在國際頂尖學術期刊《科學》上發(fā)表。 2hu;N  
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鐵電材料是一種神奇的絕緣性功能材料，它的表面自帶電荷，沒有外加電場時，這些電荷處于無序狀態(tài)，一旦有電場作用在鐵電材料上，這些電荷就會重新排列，而且排列的方式會隨著電場的變化而變化。此外，鐵電材料還有記憶能力。它們能夠記住之前的電場狀態(tài)，即便電場不再作用，排列后的電荷也會保持原來的狀態(tài)而不發(fā)生改變。這就使得鐵電材料具備高介電常數(shù)、壓電性、熱電性、電制冷性等特性，可以用在計算機存儲器、高精度電機、超敏感傳感器和聲納設備等電子產(chǎn)品中，也是我們?nèi)粘Ｊ褂玫?span onclick="sendmsg('pw_ajax.php','action=relatetag&tagname=手機',this.id)" style="cursor:pointer;border-bottom: 1px solid #FA891B;" id="rlt_9">手機、平板電腦等電子設備中必不可少的材料之一。 TzerAX^  
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近年來，柔性可穿戴器件在便攜式移動電子設備和人體運動檢測等領域應用前景廣闊，受到了廣泛的研究。作為制造柔性可穿戴器件的重要材料之一，鐵電材料的彈性化也迫在眉睫，但是研究制備彈性化鐵電材料卻舉步維艱。這是因為鐵電材料的鐵電性來源于材料中的結晶部分，但晶體本身幾乎不具備彈性，拉伸率一般低于5%且沒有回彈能力，所以鐵電性和彈性對于鐵電材料而言很難兼顧，更讓眾多科研機構望而卻步。 Z2hRTJJ[A  
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甘蔗真就不能兩頭甜嗎？中國科學院寧波材料所柔性磁電功能材料與器件團隊基于對鐵電材料結構的深入研究，創(chuàng)新性地提出了“彈性鐵電”的概念，通過對材料結構的精準設計和控制，實現(xiàn)了鐵電材料鐵電性與彈性的平衡，制備出了在高頻大應變下仍然具有良好鐵電響應的彈性材料，這種材料的拉伸率高達125%，也就是說把它拉伸到原來長度的2倍后，不但能保持原有的鐵電性，而且還能在外力撤除后迅速恢復原狀。 iK'bV<V&7  
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制備彈性鐵電材料的方法被團隊稱之為“微交聯(lián)法”。傳統(tǒng)的鐵電材料主要為線性結構，排列規(guī)整的部分形成結晶區(qū)提供鐵電性，而剩余的分子鏈相互纏繞在一起。由于線性的分子鏈間沒有共價連接，一旦施加外力，這種相互纏繞就會解開，進而導致結晶區(qū)被破壞，影響其鐵電性。研究團隊采用“微交聯(lián)法”，用微量的柔軟鏈狀聚合物，讓鐵電晶體周邊非晶的纏繞部分交聯(lián)起來，相互交織形成具有彈性的漁網(wǎng)狀結構。這種漁網(wǎng)狀結構松散地將鐵電晶體連接在一起，在外力作用時，可以產(chǎn)生可逆的形變來吸收外力，避免外力對結晶部分的破壞，進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。而在外力撤銷時，這種彈性的漁網(wǎng)狀結構能夠回復至初始狀態(tài)。此外，通過精確控制交聯(lián)劑的用量，可以確保鐵電晶體能夠均勻地分布在交聯(lián)網(wǎng)絡中，使材料在交聯(lián)后也能保持較好的鐵電響應。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)千次的反復拉伸而鐵電性依然保持穩(wěn)定。它在受力后能夠恢復原狀，避免永久變形，大大提高了可靠性和使用壽命，拓展了使用范圍。 b pExYyt  
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這一研究成果以“Intrinsically elastic polymer ferroelectric by precise slight crosslinking”為題發(fā)布在《科學》上，中國科學院寧波材料所為第一完成單位和和通訊單位，中國科學院寧波材料所2023年應屆碩士畢業(yè)生高亮為第一作者，中國科學院寧波材料所胡本林研究員和李潤偉研究員為通訊作者。 UiF