电子产品也能变“Q弹”！宁波材料所创制高弹性铁电材料

从硕大的台式电脑到小巧可弯折的智好手机，数十年来，我们见证了电子产品不可思议的升级迭代。
但是，制造优柔且富有弹性的电子设备，却一贯是人类一个遥不可及的梦想。

情形很可能将会发生改变。
8月4日，国际顶尖学术期刊《科学》刊载了中国科学院宁波材料所柔性磁电功能材料与器件团队的论文。
通过制备工艺的创新，该团队在实验室里成功天生了具有良好弹性的聚合物铁电材料。
这为未来开拓优柔有弹性的电子产品供应了可能。

“这个事情是本领域的一个里程碑。
”《科学》期刊审稿人评价道。

神奇的铁电材料

铁电材料不是导体，也不是半导体，而是一种绝缘性的功能材料。

铁电材料表面自带电荷。
没有外加电场时，这些电荷处于无序状态。
一旦有电场浸染，这些电荷就会重新排列，且排列办法会随着电场的变革而变革。
此外，铁电材料还有“影象力”，它们能够“记住”之前的电场状态。

“可以把铁电材料算作一个大盒子，里头存放着电荷，人们可以通过电场来掌握它，实现特定功能。
”论文第一作者、中国科学院宁波材料所柔性磁电功能材料与器件团队硕士生高亮先容。

独特的性子，授予铁电材料出色的传感、存储和掌握能力。
随着薄膜制备等技能的发展，铁电材料被广泛运用在打算机存储器、高精度电机、超敏感传感器和声纳设备等产品中，也是手机、平板等消费类电子必不可少的材料之一。
触摸屏上一样平常就会用到铁电层，用来作为指压旗子暗记的传感介质。

遗憾的是，作为人造材料，铁电材料的缺陷是又硬又脆，险些不具备弹性。
“铁电材料的铁电性来源于材料中的结晶部分，而晶体本身险些是没弹性的。
”高亮说。

材料没有弹性，就意味着电子设备也很难有弹性。

这些年，柔性可穿着器件朝阳东升，但目前人类只能将材料做到可大略拉伸、弯折，间隔有弹性十分迢遥。
这大大限定了可穿着器件的运用处景拓展。

要研制出真正优柔有弹性的电子器件，只能在材料的改性高下功夫。

理解到，目前，环绕金属和半导体材料的弹性化已有不少进展，可作为绝缘性功能材料的铁电材料，在弹性化上却举步维艰。

“由于独特的物理性子，业界普遍认为，铁电材料没有可能‘弹性化’，我们的研究从高分子聚合物切入，冲破了很多人的固有认知，可以说是开辟了一个新学科。
”中国科学院宁波材料所研究员、博士生导师胡本林说。

另辟路子织“渔网”

既然传统路线难实现铁电材料改性，团队另辟路子，他们用一种类似渔网编织的方法，改变了铁电晶体的构造，从而授予其较好的回弹性。

“大略来说，便是用优柔链状聚合物，让铁电晶体周边非晶的缠绕部分交联起来，相互交织形成具有弹性的渔网状构造。
”高亮阐明道, 就像一把麻绳，如果随意放置，那轻微一碰就将散架，而通过一定手段交联在一起，就能成为一张优柔有弹性的网。

渔网状构造疏松地将铁电晶体连接在一起，在外力浸染时，可产生可逆的形变来接管外力，避免外力对结晶部分的毁坏，进而使材料在一定拉伸范围内依旧能够保持稳定的铁电性。
而在外力撤销时，这种弹性的渔网状构造又能够回答至初始状态。

看似不繁芜的制备方案，在详细操作层面却困难重重。

高亮见告，最难的是交联剂的剂量掌握。
团队采取的是一种叫做聚氧化乙烯二胺的有机高分子材料作为交联剂，相称于连接麻绳的胶水。
“交联剂用得太少，粘接点少，弹性差；交联剂用得太多，粘接点太多，麻绳相互间捆得太牢，难以滑动，弹性也很差。
因此，交联剂的用量必须找到一个平衡。
”

此外，表征也是难题。
在制得的材料中，每一千个原子里只有不到两个原子处于粘接点。
这种超低的原子浓度为精确表征交联带来了极大的难度，远超出了普通实验室测试设备的检测极限。
末了，研究团队在同步辐射装置上才完成了干系表征。

这种被称为“精确的微交联法”的制备方法，为铁电材料插上了一双弹性化的“翅膀”。

可以想见，用弹性铁电材料做成的器件将更加“随和”，并具有更高的丈量精度、更好的穿着舒适性，为聪慧医疗、智能可穿着等领域创造更广阔的想象空间。

“我们正与干系团队对接互助，希望依托在弹性铁电方面的研究，在弹性传感、弹性驱动等方面做一些前瞻探索。
相信这个过程不会太久远。
”胡本林说。

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