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挠曲电效应指的是非均匀变形(例如弯曲),引起材料极化(正负电荷中心的分离),进而产生电压。挠曲电效应近年来在传感、作动、能量采集等应用领域展示出了巨大的应用前景,然而这些应用探索主要集中在微纳米尺度。这是因为最常用的挠曲电陶瓷易断裂,变形小,只有在微纳米尺度才能产生大的应变梯度,这限制了挠曲电效应在宏观尺度上的应用。聚合物材料柔性好,即使在宏观尺度下也可以承受很大的应变梯度。然而一般聚合物材料的挠曲系数远远低于陶瓷,即便施加大的应变梯度也难以得到强挠曲电效应。因此在聚合物材料中实现增强挠曲电效应是该领域急需解决的问题。

针对上述问题,西安交通大学航天航空学院挠曲电器件与设计实验室博士生文馨等在申胜平教授及邓谦副教授的指导下,提出了一种可大幅度提升聚合物材料挠曲电系数的方法。研究团队设计制备了一种携带永久电荷的新型电活性材料-挠曲电驻极体,成功预测并验证了其中的类挠曲电效应,基于此将聚二甲基硅氧烷(pdms,一种硅橡胶)中的挠曲电效应提高了100倍。该发现为增强聚合物材料中的挠曲电效应提供了全新有效的设计思路,为在宏观尺度上应用挠曲电效应提供了可能性,未来可应用于柔性传感器、作动器、能量收集器等。

上述研究成果近日发表在物理学旗舰刊物《物理评论快报》(physical review letters),论文题目为《挠曲电驻极体:一种具有可调控类挠曲电响应的驻极体》(flexoelectret: an electret with tunable flexoelectric-like response),西安交通大学是论文唯一单位。该工作被美国物理学会aps物理评论中心(phys.rev.focus)精选为研究亮点作了专题报道,icn2(加泰罗尼亚纳米科学和纳米技术研究所)的著名物理学家gustau catalan教授高度评价了这项研究。

航天航空学院挠曲电器件与设计实验室近年来在国际期刊发表一系列高水平论文,实验室常年向本科生开放研究课题。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、长江学者奖励计划、“111”引智计划等支持。

论文链接:

美国物理学会aps物理评论中心评述链接:

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