手機(jī)可以像一層薄膜一樣隨意彎折？B超儀可以貼在身上實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)身體狀況？穿在身上的運(yùn)動(dòng)衣可以有自動(dòng)發(fā)電功能？東南大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)與合作者在解決分子材料的壓電性領(lǐng)域取得的突破，使得這些科幻片中的想象在未來(lái)成為可能。

合成的新型分子鐵電材料

7月22日，東南大學(xué)在九龍湖校區(qū)化學(xué)化工學(xué)院召開(kāi)新聞發(fā)布會(huì)，公布了最新研究成果——具有優(yōu)異壓電性能的分子鐵電材料。從會(huì)上獲悉，該材料的合成不僅解決了130年來(lái)制約分子材料發(fā)展的難題，而且未來(lái)會(huì)在、人機(jī)交互技術(shù)、納米機(jī)器人等領(lǐng)域有諸多應(yīng)用。

壓電性，就是材料在受擠壓或拉伸時(shí)可以產(chǎn)生電，或在材料兩段施加電壓后材料伸長(zhǎng)或縮短的特性。具有壓電性的材料也就被稱(chēng)作為壓電材料。人們用的石英手表，醫(yī)用B超，甚至手機(jī)的“搖一搖”功能都是壓電材料在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用。

目前壓電材料以無(wú)機(jī)陶瓷為主，不過(guò)這種材料需要高溫?zé)?，具有無(wú)法成膜，柔韌性差，不環(huán)保無(wú)法回收利用，很難進(jìn)行小型化應(yīng)用等缺點(diǎn)。分子材料可以很好地補(bǔ)充無(wú)機(jī)陶瓷材料的這些不足，但前者的壓電性能遠(yuǎn)不如后者。

如今，東南大學(xué)團(tuán)隊(duì)合成的新型分子鐵電材料首次在壓電性能上達(dá)到了傳統(tǒng)壓電陶瓷的水平，同時(shí)兼具分子材料的種種優(yōu)勢(shì)。

課題組負(fù)責(zé)人游雨蒙教授形象地闡釋了團(tuán)隊(duì)在合成時(shí)的創(chuàng)新?！皦弘姴牧暇拖袷呛＞d，海綿擠出來(lái)的水就像是電流。傳統(tǒng)壓電材料的原理相當(dāng)于在海綿兩邊擠壓，而我們的壓電材料相當(dāng)于是輕捻、彎折這個(gè)海綿，這樣就可以在很小的壓力下得到很多的電。”

據(jù)介紹，自1880年居里兄弟在石英單晶上發(fā)現(xiàn)壓電效應(yīng)以來(lái)，還從來(lái)沒(méi)有一例分子發(fā)電材料能有如此大的壓電性能。

當(dāng)然，在創(chuàng)新的過(guò)程中也會(huì)遇到困難。

游雨蒙說(shuō)，在耗時(shí)近4年的研發(fā)過(guò)程里，團(tuán)隊(duì)中的幾個(gè)博士暑假只休息了三四天，就又回到實(shí)驗(yàn)室做研究。除了遇到設(shè)計(jì)、合成、測(cè)試等方面的挑戰(zhàn)，最大困難是如何讓這個(gè)分子鐵電材料發(fā)展的新方向得到無(wú)機(jī)材料研究者們的認(rèn)同?！耙?yàn)樗麄?無(wú)機(jī)材料)的研究很成熟了，已經(jīng)有一套自己的標(biāo)準(zhǔn)，我們希望我們的新型材料也可以符合他們的標(biāo)準(zhǔn)，得到他們的認(rèn)可?！?/p>

東南大學(xué)科研院常務(wù)副院長(zhǎng)孫岳明評(píng)價(jià)說(shuō)，該成果奠定了東南大學(xué)團(tuán)隊(duì)在分子鐵電研究領(lǐng)域的領(lǐng)跑位置，同時(shí)，分子鐵電材料的小型化應(yīng)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(lái)可以應(yīng)用到大型小型化。例如，將血壓計(jì)、B超機(jī)等“大型設(shè)備”縮小并集成在日常衣物上做成“可穿戴的”醫(yī)療器械。此外，新型分子鐵電材料還可以在人機(jī)交互技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)、航空航天等領(lǐng)域發(fā)揮作用。

不過(guò)，他也說(shuō)，從實(shí)驗(yàn)室真正推廣到應(yīng)用可能還需10年以上的時(shí)間，這其中不僅需要技術(shù)，還有資本運(yùn)作的配合。

“分子材料在壓電性上的重大突破領(lǐng)域的突破，就好像第一條總鰭魚(yú)上岸，它把我們壓電材料領(lǐng)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(jīng)開(kāi)墾的新大陸。這片大陸上有很多的機(jī)遇和更多的挑戰(zhàn)?！庇斡昝烧f(shuō)，“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(lái)更多的便利”。

此次研究東南大學(xué)團(tuán)隊(duì)也與南京大學(xué)、北京大學(xué)、美國(guó)華盛頓大學(xué)等高校科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了合作。研究成果于2017年7月21日被國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)雜志《科學(xué)》在線(xiàn)發(fā)表。這一論文同時(shí)也是江蘇省“分子鐵電科學(xué)與應(yīng)用”重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的一項(xiàng)重要成果。

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