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近日，中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所的研究團隊研發(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(lǐng)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(lǐng)域的空白。該成果于 8 月 4 日在國際頂尖學術(shù)期刊《科學》上發(fā)表。

鐵電材料是一種絕緣性功能材料，表面自帶電荷，且有記憶功能。在外加電場的作用下，電荷可以重新排列，即使電場不再作用，排列后的電荷也會保持原狀。因此，該材料廣泛應用于計算機存儲器、高精度電機、超敏感傳感器和聲吶設(shè)備等電子產(chǎn)品中，也是我們?nèi)粘Ｊ褂玫氖謾C、平板電腦等電子設(shè)備中必不可少的材料之一。

然而，鐵電材料的鐵電性來源——結(jié)晶部分幾乎不具備彈性，拉伸率一般低于 5% 且沒有回彈能力，鐵電性和彈性對于鐵電材料而言很難兼顧，制約了其可穿戴性。

該成果的負責人，中國科學院寧波材料所研究員胡本林介紹，這一研究成果最大的特點就是在高頻大應變下，比如人體運動的時候，要求可穿戴材料具有彈性回復能力，而傳統(tǒng)的材料，如無機鐵電材料完全無法拉伸，而一些鐵電材料雖然能夠拉伸，但卻無法實現(xiàn)彈性回復。研究團隊創(chuàng)新性地提出了 " 彈性鐵電 " 概念，通過對材料結(jié)構(gòu)的精準設(shè)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。大大提高了可靠性和使用壽命，拓展了使用范圍。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(jié)構(gòu)，排列規(guī)整的部分形成結(jié)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(jié)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(jié)構(gòu)。

這種漁網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)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(jié)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(jié)構(gòu)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。

微交聯(lián)法為鐵電材料插上了一雙彈性化的翅膀，用彈性鐵電材料做成的傳感器將更加隨和，具有更高的測量精度、更好的穿戴舒適性，將為智慧醫(yī)療、智能可穿戴等領(lǐng)域創(chuàng)造更廣闊的想象空間，試想一位腦卒中患者如果能夠穿上這樣一件帶有柔性傳感器的柔軟、可清洗的衣服，隨時隨地方便地監(jiān)控心率、呼吸等健康信息，是不是很令人期待？

有了彈性鐵電材料，我們的手機就離柔軟貼身可任意彎折又近了一步，不僅隨身攜帶會更加方便，甚至可以集成在衣物或者手套之上，是不是很酷呢？

來源：央視新聞