分子壓電研究獲重大突破 未來可用在傳感器等領域
2017年07月24日 16:29:36
作者：NONCON
【儀表研發】手機可以像一層薄膜一樣隨意彎折？B超儀可以貼在身上實時監測身體狀況？穿在身上的運動衣可以有自動發電功能？東南大學的科研團隊與合作者在解決分子材料的壓電性領域取得的突破，使得這些科幻片中的想象在未來成為可能。
合成的新型分子鐵電材料
7月22日，東南大學在九龍湖校區化學化工學院召開新聞發布會，公布了最新研究成果——具有優異壓電性能的分子鐵電材料。從會上獲悉，該材料的合成不僅解決了130年來制約分子材料發展的難題，而且未來會在傳感器、人機交互技術、納米機器人等領域有諸多應用。
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。人們用的石英手表，醫用B超，甚至手機的“搖一搖”功能都是壓電材料在現實生活中的應用。
目前壓電材料以無機陶瓷為主，不過這種材料需要高溫燒制，具有無法成膜，柔韌性差，不環保無法回收利用，很難進行小型化應用等缺點。分子材料可以很好地補充無機陶瓷材料的這些不足，但前者的壓電性能遠不如后者。
如今，東南大學團隊合成的新型分子鐵電材料首次在壓電性能上達到了傳統壓電陶瓷的水平，同時兼具分子材料的種種優勢。
課題組負責人游雨蒙教授形象地闡釋了團隊在合成時的創新。“壓電材料就像是海綿，海綿擠出來的水就像是電流。傳統壓電材料的原理相當于在海綿兩邊擠壓，而我們的壓電材料相當于是輕捻、彎折這個海綿，這樣就可以在很小的壓力下得到很多的電。”
據介紹，自1880年居里兄弟在石英單晶上發現壓電效應以來，還從來沒有一例分子發電材料能有如此大的壓電性能。
當然，在創新的過程中也會遇到困難。
游雨蒙說，在耗時近4年的研發過程里，團隊中的幾個博士暑假只休息了三四天，就又回到實驗室做研究。除了遇到設計、合成、測試等方面的挑戰，最大困難是如何讓這個分子鐵電材料發展的新方向得到無機材料研究者們的認同。“因為他們(無機材料)的研究很成熟了，已經有一套自己的標準，我們希望我們的新型材料也可以符合他們的標準，得到他們的認可。”
東南大學科研院常務副院長孫岳明評價說，該成果奠定了東南大學團隊在分子鐵電研究領域的領跑位置，同時，分子鐵電材料的小型化應用有很廣闊的前景。
游雨蒙教授表示，新型分子鐵電材料未來可以應用到大型醫療設備小型化。例如，將血壓計、B超機等“大型設備”縮小并集成在日常衣物上做成“可穿戴的”醫療器械。此外，新型分子鐵電材料還可以在人機交互技術、微機電系統、航空航天等領域發揮作用。
不過，他也說，從實驗室真正推廣到應用可能還需10年以上的時間，這其中不僅需要技術，還有資本運作的配合。
“分子材料在壓電性上的重大突破領域的突破，就好像第一條總鰭魚上岸，它把我們壓電材料領域的研究從水生帶到了陸生，我們看到的是一大片廣闊的未經開墾的新大陸。這片大陸上有很多的機遇和更多的挑戰。” 游雨蒙說，“我們也希望有更多的研究者加入到分子壓電材料的研究中，大家一起把分子壓電材料做大做好，給人們帶來更多的便利”。
此次研究東南大學團隊也與南京大學、北京大學、美國華盛頓大學等高?？蒲袌F隊進行了合作。研究成果于2017年7月21日被國際頂尖學術雜志《科學》在線發表。這一論文同時也是江蘇省“分子鐵電科學與應用”重點實驗室的一項重要成果。
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