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你想用衣服给手机充电吗?
    时间:2017-8-30     点击率:208

你想用衣服给手机充电吗?

—中国科学家发明了一类新型发电材料

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。相关研究结果于2017721发表在国际顶尖学术杂志《科学(Science)》上。

什么是压电材料?具有压电性的材料被称作为压电材料。压电性则是指材料在受挤压或拉伸时可以产生电;或者是在两端施加电压后材料可以伸长或缩短的特性。压电材料不但可以像马达那样,直接将电力转换成驱动力,还可以用电产生声波、超声波。例如,医用B超探头上就使用了压电材料。不仅如此,借助其可以将压力转为电信号的能力,压电材料也被用作超声传感、加速度传感器等,现在智能手机上的“摇一摇”等功能的实现正是借助压电加速度传感器。上到卫星火箭、下到渔船潜水艇,从军用导弹到医用B超,可以说压电材料的使用已经深入到社会的每一个层面中。

尽管压电材料已经获得了广泛的应用,但是随着时代的进展,人们希望各类电子设备的尺寸越来越小,这就需要对传统压电材料进行更大规模地“压缩”,甚至变成为织物可以制成衣服穿戴在身上。例如,人们希望能在一层薄薄的可以弯折的薄膜上实现以往手机、笔记本电脑的所有功能。人们希望将血压计、心率计以及B超机等“大型医疗设备”缩小并集成在日常衣物上做成“可穿戴的”袖珍器械。这时,传统压电材料的种种局限就逐渐暴露出来。比如,压电陶瓷制作中需要上千度的高温,大多数精密的电子器件以及具有柔性的薄膜都无法耐受这种高温;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;此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。

有幸的是,除了传统的陶瓷材料以外,还存在另一大类由分子组成的“分子材料”。这类特殊的材料由于结构灵活多变、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、无毒害等一系列优点,一直以来都是材料研究领域的热点之一。近百年来,许多研究者们一直在努力提升分子材料的压电性能,希望能用分子材料来补足压电陶瓷的短板,但收效甚微。到目前为止,已报道的分子材料,在压电性方面,和压电陶瓷还有着数量级的差距。由于压电性不佳,尽管具有多种优点,分子材料也无法在压电领域取得一席之地。

熊仁根教授的科研团队突破传统的合成思路,另辟蹊径,创新性的从提升铁电极轴数量入手并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。据了解,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。虽然研究还仅存在于实验室内,但随着新型分子铁电体的开发和进步,制作出具有实用性的柔性薄膜压电元件不再是一件难以企及的梦想。

未来,这种具有优良压电特性的分子铁电材料将会使计算机芯片的体积进一步缩小,使能像纸张一样折叠弯曲的心率计、B超机成为可能,或者利用衣物的弯折对手机充电。同时凭借着分子材料的良好生物兼容性,人们将制作出更加安全的医学植入器件。除此以外,分子压电材料还在传感器,人机交互技术,微机电系统,纳米机器人以及有源柔性电子学等领域具有重大的应用前景。

 

                                                    (怡心依据网络资料撰写)