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或縮短的特性。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(dá)那樣，直接將電力轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)力，還可以用電產(chǎn)生聲波、超聲波，例如醫(yī)用B超探頭上就使用了壓電材料。不僅如此，借助其可以將壓力轉(zhuǎn)為電信號的能力，壓電材料也被用作超聲傳感、加速度傳感器等，現(xiàn)在智能手機(jī)上的“搖一搖”等功能的實(shí)現(xiàn)正是借助壓電加速度傳感器。除此以外，人們所熟知的石英手表的核心元件就是一個(gè)壓電石英晶片。上到衛(wèi)星火箭、下到漁船潛水艇，從軍用導(dǎo)彈到醫(yī)用B超，可以說壓電材料的使用已經(jīng)深入到社會的每一個(gè)層面中。
而除了傳統(tǒng)的陶瓷材料，還存在另一大類由分子組成的“分子材料”，這類特殊的材料由于其結(jié)構(gòu)靈活多變、性質(zhì)設(shè)計(jì)調(diào)控空間大、制作成本低、容易制成薄膜、柔韌性好、可降解、無毒害等優(yōu)點(diǎn)一直以來都是材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。為了補(bǔ)充傳統(tǒng)壓電陶瓷在應(yīng)用中存在的問題，研究者們近百年來一直在努力提升分子材料的壓電性能，希望能用分子材料來補(bǔ)足壓電陶瓷的短板，但收效甚微，以往報(bào)道過的分子材料其壓電性和壓電陶瓷還有著數(shù)量級的差距。由于壓電性不佳，盡管具有多種優(yōu)點(diǎn)分子材料也無法在壓電領(lǐng)域取得一席之地。
近日，東南大學(xué)熊仁根教授團(tuán)隊(duì)、游雨蒙教授課題組與合作者在分子鐵電、壓電材料領(lǐng)域取得重要研究進(jìn)展。相關(guān)研究結(jié)果以“An organic-inorganic perovskite ferroelectric with large piezoelectric response（《一種具有巨大壓電響應(yīng)的有機(jī)-無機(jī)鈣鈦礦鐵電體》）”為題于美國東部時(shí)間2017年7月21日發(fā)表在國際頂尖學(xué)術(shù)雜志《科學(xué)》（Science）上。
東南大學(xué)的研究者為解決分子材料的壓電性這一世紀(jì)難題帶來了曙光，他們突破傳統(tǒng)的合成思路，另辟蹊徑，創(chuàng)新性的從提升鐵電極軸數(shù)量入手、利用相變前后對稱性的巨大變化，發(fā)現(xiàn)了一類具有優(yōu)異壓電性能的分子鐵電材料。這種新型分子鐵電材料不但秉承了分子材料的種種優(yōu)勢，同時(shí)首次在壓電性能上達(dá)到了傳統(tǒng)壓電陶瓷的水平。雖然研究還僅存在于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，但隨著新型分子鐵電體的開發(fā)和進(jìn)步，制作出具有實(shí)用性的柔性薄膜壓電元件不再是一件難以企及的夢想。未來，這種具有優(yōu)良壓電特性的分子鐵電材料將會使計(jì)算機(jī)芯片的體積進(jìn)一步縮小，使能像紙張一樣折疊彎曲的心率計(jì)、B超機(jī)成為可能，或者利用衣物的彎折對手機(jī)充電。同時(shí)憑借著分子材料的良好生物兼容性，人們將制作出更加安全的醫(yī)學(xué)植入器件。除此以外，分子壓電材料還在傳感器,人機(jī)交互技術(shù),微機(jī)電系統(tǒng),納米機(jī)器人以及有源柔性電子學(xué)等領(lǐng)域具有重大的應(yīng)用前景。
這一研究成果于2017年7月21日被國際頂尖學(xué)術(shù)雜志《科學(xué)》在線發(fā)表。該成果的發(fā)表，不但解決了130年來制約分子材料發(fā)展的世紀(jì)難題、為材料研究帶來了新的思路和方向，同時(shí)也標(biāo)志著我國在分子材料領(lǐng)域又一次走在了世界前列。
