2021年2月8日
由新加坡南洋理工大学(新加坡南洋理工大学)，一个研究小组设计了一种新型材料，当电流施加在它上面时，它的弯曲度是它的竞争对手的40倍，这为更先进的微型机器铺平了道路。
这是南洋理工大学科学家开发的新型压电晶体的特写照片。这种晶体的弯曲度是一般用于小型驱动器和传感器的传统铁电晶体的40倍。图片来源:南洋理工大学。
另一方面，当这种新材料弯曲时，它可以相当有效地产生电能，并可能被用于更好的“能量收集”——可以简单地从日常活动中为小装置的电池充电。
这种新材料既具有压电性又具有电致伸缩性。它的电致伸缩特性意味着在通电时它可以改变形状，而压电意味着这种材料可以将压力转化为电荷。
一旦施加电场，构成电致伸缩材料的原子就会移动，从而导致新材料变形和弯曲。亚博网站下载在压缩压电材料时，压力转变为电荷，电荷在材料中积聚。
研究人员观察到，在施加电场的情况下，这种新型混合材料的应变可以达到22%——这是迄今为止压电材料所报道的最大应变。
这超过了传统的压电材料，当电流流过它时，其变形率仅为0.5%。亚博网站下载与其他电致伸缩和压电材料相比，这种新型材料更节能。亚博网站下载
压电材料常用于电动机、传感器亚博网站下载、扬声器和吉他。
例如，压电拾音器是一种用于电吉他的装置，它可以将琴弦的振动转化为电信号。这个信号随后被扬声器放大或被处理成音乐录音。
铁电晶体最初是在1920年被发现的，从那时起，它们被用于制造压电材料已经超过70年了，因为它们可以毫不费力地集成到电子设备中。
但是铁电晶体是脆弱和不灵活的，只能弯曲0.5%，这大大减少了它们在各种电子设备上的应用，比如执行器(将电气控制信号转变为机械运动的元件，例如阀门的关闭和打开)。
有一些铁电体也含有铅，铅是有害的，它在压电装置中的普遍存在是电子垃圾不能轻易回收的主要原因之一。
传统的铁电体，如钙钛矿氧化物，也不适用于与皮肤接触的柔性电子设备，如监测心率的可穿戴生物医学设备。
这种新型材料是南洋理工大学物理与数学科学学院的范洪进教授和他的团队开发的，该团队包括他的博士生、该研究的第一作者胡玉忠先生。亚博老虎机网登录
来自中国南方科技大学的王俊玲教授，以及原南洋理工大学材料科学与工程学院的教授也是研究小组的成员之一。亚博网站下载亚博老虎机网登录这项研究最近发表在《科学杂志》上，自然材料。亚博网站下载
这种新型铁电材料的柔韧性是同类电致伸缩材料的40多倍，可用于高效器件，如当电场作用时可弯曲的驱动器和传感器。亚博网站下载由于其优越的压电性能，这种材料也可以用于机械设备，在弯曲时收集能量，这将有助于为可穿戴设备充电．
范洪进，教授，南洋理工大学物理与数学科学学院亚博老虎机网登录
金教授补充说:“我们认为我们可以显著改善性能在未来进一步优化化学成分,我们相信这种类型的材料可以发挥关键作用的发展可穿戴设备物联网(物联网)的关键技术之一使第四次工业革命．”
柔性铁电材料的研制
为了设计一种柔性铁电材料，研究人员最初改变了一种混合铁电化合物的化学结构6H5N (CH3.）3.CdCl3.简称PCCF，它的弯曲度可能是传统铁电材料的100倍。
进一步提高材料的运动范围,该小组还改变了化学成分的化合物通过更换一些氯原子(Cl)溴(Br),已几乎相同大小的氯,以削弱化学键在特定点的结构。这个过程在不影响其压电性能的前提下使材料更加灵活。
这种新型材料可以很容易地生产，而且只需要基于溶液的加工，即当液体蒸发时晶体形成，这与常规铁电晶体不同，常规铁电晶体需要使用能量和高功率激光来形成。
在对这种新型PCCF化合物施加电场后，该化合物中的原子比大多数传统铁电材料中的原子移动得更多，张力高达22%，远远超过标准压电材料。亚博网站下载
该研究的其他作者包括来自南洋理工大学材料科学与工程学院、分析、表征、测试和模拟设施(FACTS)、苏州大学和中国南方科技大学的科学家。亚博网站下载亚博老虎机网登录
期刊引用:
胡,Y。,等．(2021)铁弹性开关驱动的大剪切应变和压电杂化铁电。自然材料亚博网站下载．doi.org/10.1038/s41563 - 020 - 00875 - 3．
来源:https://media.ntu.edu.sg/