東南大學科研團隊最新發現的分子材料登上了美國《科學》雜誌。杭添攝
22日，記者從東南大學獲悉，該校熊仁根教授團隊、遊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。相關研究結果于近日發表在國際頂尖學術雜誌《科學》(Science)上，受到全球學界關注。
22日，熊仁根教授在接受記者採訪時介紹，壓電性指的是材料在受擠壓或拉伸時可以産生電，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，還可以用電産生聲波、超聲波，例如醫用B超探頭上就使用了壓電材料。不僅如此，借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傳感、加速度感測器等，現在智慧手機上的“搖一搖”等功能的實現正是借助壓電加速度感測器。“上到衛星火箭、下到漁船潛水艇，從軍用導彈到醫用B超，可以説壓電材料的使用已經深入到社會的每一個層面中。”
不過，隨著科技的發展，人們希望各類電氣設備的尺寸越來越小，這就需要對傳統壓電材料進行更大規模地“壓縮”，甚至成為織物，製成衣服穿戴在身上。
“這些需求對傳統壓電材料來説，就會出現很多問題。”熊仁根教授告訴記者，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産生毒性。
這就不得不提到，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。
“為了補充傳統壓電陶瓷在應用中存在的問題，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足壓電陶瓷的短板，但收效甚微。”熊仁根教授介紹，因此他的科研團隊突破傳統的合成思路，另辟蹊徑，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準。雖然研究還僅存在於實驗室內，但隨著新型分子鐵電體的開發和進步，製作出具有實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，這種具有優良壓電特性的分子鐵電材料將會使電腦晶片的體積進一步縮小，使能像紙張一樣折疊彎曲的心率計、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相容性，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，奈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。”熊仁根教授對該材料的未來應用充滿信心。
記者了解到，這一研究成果已于2017年7月21日被國際頂尖學術雜誌《科學》線上發表，標誌著中國在分子材料領域又一次走在了世界前列。
這一論文同時也是江蘇省“分子鐵電科學與應用”重點實驗室(前身為東南大學有序物質科學研究中心)的一項重要成果。論文的第一作者和共同通訊作者遊雨蒙教授以及合作作者廖偉強博士(共同第一作者)、熊仁根教授(共同通訊作者)、葉恒雲教授、張毅教授、付大偉教授、李鵬飛博士、王金蘭教授等均來自該實驗室。
