以後可以用衣服給手機充電

知識 07-24

從東南大學官網獲悉，該校熊仁根教授團隊、游雨蒙教授課題組與合作者在分子鐵電、壓電材料領域取得重要研究進展。

相關研究結果以「An organic-inorganic perovskite ferroelectric with large piezoelectric response(《一種具有巨大壓電響應的有機-無機鈣鈦礦鐵電體》)」為題於美國東部時間2017年7月21日發表在國際頂尖學術雜誌《科學》(Science)上。

文中指出，壓電性指的是材料在受擠壓或拉伸時可以產生電，或在材料兩端施加電壓後材料伸長或縮短的特性。而具有壓電性的材料也就被稱作為壓電材料。

這類材料不但可以像馬達那樣，直接將電力轉換成驅動力，還可以用電產生聲波、超聲波，例如醫用B超探頭上就使用了壓電材料。

不僅如此，藉助其可以將壓力轉為電信號的能力，壓電材料也被用作超聲感測、加速度感測器等，現在智能手機上的「搖一搖」等功能的實現正是藉助壓電加速度感測器。

不過，伴隨著技術的進步，各種電子元件的尺寸日益縮小，人們希望能在一層薄薄的可以彎折的薄膜上實現以往手機、筆記本電腦的所有功能。在醫學保健方面，越來越多的研究者希望將血壓計、B超機等「大型設備」縮小並集成在日常衣物上做成「可穿戴的」醫療器械。

這些需求對傳統壓電材料來說，就會出現很多問題。比如壓電陶瓷製作中需要上千度的高溫，在這種溫度下，大多數精密的電子器件與具有柔性的薄膜都無法耐受這種溫度；同時，陶瓷的高硬度在遇到對柔韌性的需求時反而成為缺點;另外不得不提到傳統壓電陶瓷中通常含有潛在的有毒金屬，不利於環境保護並對生物體有可能產生毒性。

而除了傳統的陶瓷材料，還存在另一大類由分子組成的「分子材料」，這類特殊的材料由於其結構靈活多變、性質設計調控空間大、製作成本低、容易製成薄膜、柔韌性好、可降解、無毒害等優點一直以來都是材料研究領域的熱點之一。

這次東南大學另闢蹊徑，創新性的從提升鐵電極軸數量入手、利用相變前後對稱性的巨大變化，發現了一類具有優異壓電性能的分子鐵電材料。

據了解，這種新型分子鐵電材料不但秉承了分子材料的種種優勢，同時首次在壓電性能上達到了傳統壓電陶瓷的水平。

未來，這種具有優良壓電特性的分子鐵電材料將會使計算機晶元的體積進一步縮小，使能像紙張一樣摺疊彎曲的心率計、B超機成為可能，或者利用衣物的彎折對手機充電。

同時憑藉著分子材料的良好生物兼容性，人們將製作出更加安全的醫學植入器件。除此以外，分子壓電材料還在感測器，人機交互技術，微機電系統，納米機器人以及有源柔性電子學等領域具有重大的應用前景。