東南大學(xué)在分子壓電研究獲重大突破 可應(yīng)用于可穿戴醫(yī)療器械

7 月 22 日，東南大學(xué)在九龍湖校區(qū)化學(xué)化工學(xué)院召開新聞發(fā)布會，公布了新研究成果——具有優(yōu)異壓電性能的分子鐵電材料。澎湃新聞 (www.thepaper.cn）從會上獲悉，該材料的合成不僅解決了 130 年來制約分子材料發(fā)展的難題，而且未來會在傳感器、人機交互技術(shù)、納米機器人等領(lǐng)域有諸多應(yīng)用。

合成的新型分子鐵電材料。 本文圖片均為澎湃新聞記者 陳珂 實習(xí)生 賈一真 圖 新型分子鐵電材料
壓電性，就是材料在受擠壓或拉伸時可以產(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。人們用的石英手表，醫(yī)用 B 超，甚至手機的“搖一搖”功能都是壓電材料在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用。 目前壓電材料以無機陶瓷為主，不過這種材料需要高溫?zé)疲哂袩o法成膜，柔韌性差，不環(huán)保無法回收利用，很難進行小型化應(yīng)用等缺點。分子材料可以很好地補充無機陶瓷材料的這些不足，但前者的壓電性能遠不如后者。 如今，東南大學(xué)團隊合成的新型分子鐵電材料在壓電性能上達到了傳統(tǒng)壓電陶瓷的水平，同時兼具分子材料的種種優(yōu)勢。 課題組負責(zé)人游雨蒙教授形象地闡釋了團隊在合成時的創(chuàng)新?！皦弘姴牧暇拖袷呛＞d，海綿擠出來的水就像是電流。傳統(tǒng)壓電材料的原理相當于在海綿兩邊擠壓，而我們的壓電材料相當于是輕捻、彎折這個海綿，這樣就可以在很小的壓力下得到很多的電?！?據(jù)介紹，自 1880 年居里兄弟在石英單晶上發(fā)現(xiàn)壓電效應(yīng)以來，還從來沒有一例分子發(fā)電材料能有如此大的壓電性能。 當然，在創(chuàng)新的過程中也會遇到困難。 游雨蒙對澎湃新聞?wù)f，在耗時近 4 年的研發(fā)過程里，團隊中的幾個博士暑假只休息了三四天，就又回到實驗室做研究。除了遇到設(shè)計、合成、測試等方面的挑戰(zhàn)，大困難是如何讓這個分子鐵電材料發(fā)展的新方向得到無機材料研究者們的認同?！耙驗樗麄儯o機材料）的研究很成熟了，已經(jīng)有一套自己的標準，我們希望我們的新型材料也可以符合他們的標準，得到他們的認可?！?br />

借助壓電力顯微鏡的幫助 研究人員對新型分子壓電材料的表面壓電特性進行表征。 未來應(yīng)用前景廣闊
東南大學(xué)科研院常務(wù)副院長孫岳明評價說，該成果奠定了東南大學(xué)團隊在分子鐵電研究領(lǐng)域的領(lǐng)跑位置，同時，分子鐵電材料的小型化應(yīng)用有很廣闊的前景。 游雨蒙教授表示，新型分子鐵電材料未來可以應(yīng)用到大型醫(yī)療設(shè)備小型化。例如，將血壓計、B 超機等“大型設(shè)備”縮小并集成在日常衣物上做成“可穿戴的”醫(yī)療器械。此外，新型分子鐵電材料還可以在人機交互技術(shù)、微機電系統(tǒng)、航空航天等領(lǐng)域發(fā)揮作用。 不過，他也說，從實驗室真正推廣到應(yīng)用可能還需 10 年以上的時間，這其中不僅需要技術(shù)，還有資本運作的配合。 “分子材料在壓電性上的重大突破領(lǐng)域的突破，就好像條總鰭魚上岸，它把我們壓電材料領(lǐng)域的研究從水生帶到了陸生，我們看到的是一大片廣闊的未經(jīng)開墾的新大陸。這片大陸上有很多的機遇和更多的挑戰(zhàn)?！?游雨蒙對澎湃新聞?wù)f，“我們也希望有更多的研究者加入到分子壓電材料的研究中，大家一起把分子壓電材料做大做好，給人們帶來更多的便利”。 此次研究東南大學(xué)團隊也與南京大學(xué)、北京大學(xué)、美國華盛頓大學(xué)等高?？蒲袌F隊進行了合作。研究成果于 2017 年 7 月 21 日被國際學(xué)術(shù)雜志《科學(xué)》在線發(fā)表。這一論文同時也是江蘇省“分子鐵電科學(xué)與應(yīng)用”重點實驗室的一項重要成果。