分子压电研究获重大突破 未来可用在传感器等领域
2017年07月24日 16:29:36
作者：NONCON
【仪表研发】手机可以像一层薄膜一样随意弯折？B超仪可以贴在身上实时监测身体状况？穿在身上的运动衣可以有自动发电功能？东南大学的科研团队与合作者在解决分子材料的压电性领域取得的突破，使得这些科幻片中的想象在未来成为可能。
合成的新型分子铁电材料
7月22日，东南大学在九龙湖校区化学化工学院召开新闻发布会，公布了最新研究成果——具有优异压电性能的分子铁电材料。从会上获悉，该材料的合成不仅解决了130年来制约分子材料发展的难题，而且未来会在传感器、人机交互技术、纳米机器人等领域有诸多应用。
压电性，就是材料在受挤压或拉伸时可以产生电，或在材料两段施加电压后材料伸长或缩短的特性。具有压电性的材料也就被称作为压电材料。人们用的石英手表，医用B超，甚至手机的“摇一摇”功能都是压电材料在现实生活中的应用。
目前压电材料以无机陶瓷为主，不过这种材料需要高温烧制，具有无法成膜，柔韧性差，不环保无法回收利用，很难进行小型化应用等缺点。分子材料可以很好地补充无机陶瓷材料的这些不足，但前者的压电性能远不如后者。
如今，东南大学团队合成的新型分子铁电材料首次在压电性能上达到了传统压电陶瓷的水平，同时兼具分子材料的种种优势。
课题组负责人游雨蒙教授形象地阐释了团队在合成时的创新。“压电材料就像是海绵，海绵挤出来的水就像是电流。传统压电材料的原理相当于在海绵两边挤压，而我们的压电材料相当于是轻捻、弯折这个海绵，这样就可以在很小的压力下得到很多的电。”
据介绍，自1880年居里兄弟在石英单晶上发现压电效应以来，还从来没有一例分子发电材料能有如此大的压电性能。
当然，在创新的过程中也会遇到困难。
游雨蒙说，在耗时近4年的研发过程里，团队中的几个博士暑假只休息了三四天，就又回到实验室做研究。除了遇到设计、合成、测试等方面的挑战，最大困难是如何让这个分子铁电材料发展的新方向得到无机材料研究者们的认同。“因为他们(无机材料)的研究很成熟了，已经有一套自己的标准，我们希望我们的新型材料也可以符合他们的标准，得到他们的认可。”
东南大学科研院常务副院长孙岳明评价说，该成果奠定了东南大学团队在分子铁电研究领域的领跑位置，同时，分子铁电材料的小型化应用有很广阔的前景。
游雨蒙教授表示，新型分子铁电材料未来可以应用到大型医疗设备小型化。例如，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。此外，新型分子铁电材料还可以在人机交互技术、微机电系统、航空航天等领域发挥作用。
不过，他也说，从实验室真正推广到应用可能还需10年以上的时间，这其中不仅需要技术，还有资本运作的配合。
“分子材料在压电性上的重大突破领域的突破，就好像第一条总鳍鱼上岸，它把我们压电材料领域的研究从水生带到了陆生，我们看到的是一大片广阔的未经开垦的新大陆。这片大陆上有很多的机遇和更多的挑战。” 游雨蒙说，“我们也希望有更多的研究者加入到分子压电材料的研究中，大家一起把分子压电材料做大做好，给人们带来更多的便利”。
此次研究东南大学团队也与南京大学、北京大学、美国华盛顿大学等高校科研团队进行了合作。研究成果于2017年7月21日被国际顶尖学术杂志《科学》在线发表。这一论文同时也是江苏省“分子铁电科学与应用”重点实验室的一项重要成果。
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