东南大学研发新型压电材料，未来衣服褶皱或能实现充电

东南大学研究团队研发出新型分子压电材料，解决了130年来制约分子材料发展的世纪难题。

近日，东南大学熊仁根教授团队、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。据悉，该成果解决了130年来制约分子材料发展的世纪难题，为材料研究带来了新的思路和方向。

首先，我们先来简单认识一下何为压电。

顾名思义，压电就是压力与电的简称，暗含压力与电场之间的物理关系。100多年前，是居里兄弟在研究石英时首次发现了压电现象，而人们所熟知的石英手表，它的核心元件就是一个压电石英晶片。

现在，在生活中，我们其实也几乎天天在与一种压电材料打交道。在煤气灶和热水器里，厂家在点火装置里装了压电陶瓷，当用户按下点火装置的弹簧时，传动装置就把压力施加在压电陶瓷上，使它产生很高的电压，进而将电能引向燃气的出口放电，于是，燃气就被电火花点燃了。而压电陶瓷的这种功能就叫做压电效应。

关于压电效应的原理，就是存在一种材料，即我们所说的压电材料，如果我们对这种材料施加压力，伴随着材料受压力后的伸长或缩短，相应的会产生电位差（即正压电效应）；反之，如果施加电压，它则产生机械应力（即逆压电效应）。

压电材料可以因机械变形产生电场，也可以因电场作用产生机械变形，这种固有的机-电耦合效应使得压电材料在工程中得到了广泛的应用。

在现实生活中的应用中，常见的压电材料就是陶瓷压电材料。尽管它已经获得了广泛的应用，但是伴随着技术的进步，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就能实现以往手机、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。

这时，传统压电材料的种种局限逐渐就暴露出来，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，因此制作压电陶瓷薄膜需要付出巨大的代价；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，不利于环境保护并可能对生物体产生毒性。

当然除了传统的压电材料，还有一类由分子组成的“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。

东南大学的研究团队为解决分子材料的压电性这一世纪难题带来了曙光，他们突破传统的合成思路，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。

据悉，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。虽然研究目前还存在于实验室内，但随着新型分子铁电体的开发和进步，后面制作出具有实用性的柔性薄膜压电元件将会很快实现。

未来，应用这种材料将会进一步缩小计算机芯片的体积；此外，像纸张一样折叠弯曲的心率计、B超机等可穿戴设备也将成为可能；更棒的是，利用衣物的皱褶就能实现对手机的充电。

在医药学领域，凭借着该分子材料的良好生物兼容性，科学家将制作出更加安全的医学植入器件。

这一研究成果于美国当地时间7月21日被国际顶尖学术杂志Science在线发表，此举也标志着我国在分子材料领域走在了世界前列。

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