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  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(zhǎng)或縮短的特性。具有壓電性的材料也就被稱(chēng)作為壓電材料，這類(lèi)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(hào)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(shuō)壓電材料的使用已經(jīng)深入到社會(huì)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(lèi)由分子組成的“分子材料”，這類(lèi)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(wú)毒害等優(yōu)點(diǎn)一直以來(lái)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(wèn)題，研究者們近百年來(lái)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(lái)補(bǔ)足壓電陶瓷的短板，但收效甚微，以往報(bào)道過(guò)的分子材料其壓電性和壓電陶瓷還有著數(shù)量級(jí)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(wú)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(wú)機(jī)鈣鈦礦鐵電體》）”為題于美國(guó)東部時(shí)間2017年7月21日發(fā)表在國(guó)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(lái)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(duì)稱(chēng)性的巨大變化，發(fā)現(xiàn)了一類(lèi)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(shì)，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(kāi)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(mèng)想。未來(lái)，這種具有優(yōu)良?jí)弘娞匦缘姆肿予F電材料將會(huì)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(duì)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(guó)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(lái)制約分子材料發(fā)展的世紀(jì)難題、為材料研究帶來(lái)了新的思路和方向，同時(shí)也標(biāo)志著我國(guó)在分子材料領(lǐng)域又一次走在了世界前列。

  論文鏈接：http://science.sciencemag.org/content/357/6348/306