据悉,压电性是指材料在受挤压或拉伸时可以产生电荷,或在材料两段施加电压后使材料伸长或缩短的特性。压电材料不仅像马达那样可直接将电力转换成驱动力,还可以用电产生声波、超声波。
粉红色的“神奇材料”能“发电”
在东南大学“分子铁电科学与应用”江苏省重点实验室内,记者见到了两瓶粉红色的小颗粒,每瓶中有大小不等的结晶体。东南大学有序物质科学研究中心研究员游雨蒙解释说,这就是实验室科研人员近四年的研究成果——一种具有优异压电性能的分子铁电材料。这种合成分子材料会发光,自然呈现粉红色。更神奇的是,将一丁点儿的粉末状材料涂抹在带有电极片的薄膜上,折一折薄膜就能发电了,“我们在另一片薄膜上已实现了发电功能,瞬时电压1—2伏。”从理论上说,如果将这种材料涂抹在衣服上,通过弯折衣服就能发电了。
游雨蒙进一步解释说,1880年,居里兄弟发现,当在石英晶体表面施加一个压力时,在晶体表面上出现了电荷。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。具有压电性的材料被称作压电材料,这类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。
不过,传统的压电材料很难应用到可以弯折的薄膜上和更为精密的电子器件上。目前的压电材料多由陶瓷制成,制作时需要上千摄氏度的高温,而大多数精密的电子器件与具有柔性的薄膜都无法耐受这种温度。同时,陶瓷因其高硬度特点也难以满足柔韧性材料的需求。分子压电材料因其结构灵活多变、容易制成薄膜、柔韧性好等优点,被寄希望于弥补传统压电陶瓷材料的缺点。但自压电材料发现以来,分子压电材料的压电性较低一直限制着其实际应用。
东南大学的研究者为解决分子材料的压电性这一世纪难题带来了曙光,他们突破传统的合成思路,另辟蹊径,创新性地从提升铁电极轴数量入手、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。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。
纳米机器人穿戴式B超机离我们不远了
游雨蒙教授介绍说,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。
据新华网
游雨蒙展示新型分子压电材料晶体(右)和新型分子压电材料的薄膜器件(左)。