壓電性，就是材料在受擠壓或拉伸時可以產生電，或在材料兩段施加電壓后材料伸長或縮短的特性。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，直接將電力轉換成驅動力，還可以用電產生聲波、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，現在智能手機上的“搖一搖”等功能的實現正是借助壓電加速度傳感器。除此以外，人們所熟知的石英手表的核心元件就是一個壓電石英晶片。上到衛(wèi)星火箭、下到漁船潛水艇，從軍用導彈到醫(yī)用B超，可以說壓電材料的使用已經深入到社會的每一個層面中。
而除了傳統(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構靈活多變、性質設計調控空間大、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域的熱點之一。為了補充傳統(tǒng)壓電陶瓷在應用中存在的問題，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，以往報道過的分子材料其壓電性和壓電陶瓷還有著數量級的差距。由于壓電性不佳，盡管具有多種優(yōu)點分子材料也無法在壓電領域取得一席之地。
近日，東南大學熊仁根教授團隊、游雨蒙教授課題組與合作者在分子鐵電、壓電材料領域取得重要研究進展。相關研究結果以“An organic-inorganic perovskite ferroelectric with large piezoelectric response（《一種具有巨大壓電響應的有機-無機鈣鈦礦鐵電體》）”為題于美國東部時間2017年7月21日發(fā)表在國際頂尖學術雜志《科學》（Science）上。
東南大學的研究者為解決分子材料的壓電性這一世紀難題帶來了曙光，他們突破傳統(tǒng)的合成思路，另辟蹊徑，創(chuàng)新性的從提升鐵電極軸數量入手、利用相變前后對稱性的巨大變化，發(fā)現了一類具有優(yōu)異壓電性能的分子鐵電材料。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，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,微機電系統(tǒng),納米機器人以及有源柔性電子學等領域具有重大的應用前景。
這一研究成果于2017年7月21日被國際頂尖學術雜志《科學》在線發(fā)表。該成果的發(fā)表，不但解決了130年來制約分子材料發(fā)展的世紀難題、為材料研究帶來了新的思路和方向，同時也標志著我國在分子材料領域又一次走在了世界前列。
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