近日，浙江師范大學化材學院張毅/付大偉教授課題組與江蘇大學合作在綜合性期刊Nature Communications（自然通訊）上在線發表了題為“Porous flexible molecular-based piezoelectric composite achieves milliwatt output power density”的研究論文。

自1880年石英晶體的壓電效應被發現以來，鈦酸鋇（BTO）和鋯鈦酸鉛（PZT）為代表的無機鐵電材料憑借其優異的壓電性能被廣泛應用于各類能量收集和傳感器件。伴隨著對柔性和可穿戴設備日益增長的需求，研究人員著手將柔性聚合物基材和無機陶瓷壓電體相結合構建柔性復合材料，以解決其長期存在的機械剛度問題。但是，無機材料與致密的柔性有機基底在復合過程中由于硬度和彈性模量相差太大會易出現相分離問題，致密結構會造成復合壓電材料含量低和應力傳遞不均，從而影響復合材料性能和使用壽命。

近期，課題組研究發現，雜化的分子基材料與柔性的有機聚合物具有更為相近的硬度、彈性模量和有機相容性。此外，與致密聚合物材料相比，多孔結構的具有更為優越的可壓縮性、響應穩定性和大的復合比，這為上述問題的解決帶來了希望。基于此，團隊將具有大壓電響應的分子基鐵電材料（TMCM-CdCl3）與熱塑性的多孔聚氨酯(TPU)相結合，成功設計并制備出柔性多孔分子基壓電復合材料TMCM-CdCl3/TPU。多孔TPU的三維互聯骨架結構不但可以實現TMCM-CdCl3在復合材料中的含量高達50 %，而且有利于應力傳遞和放大，從而使得此柔性壓電復合材料具有高靈敏度、優異的抗疲勞性能和高功率密度(636.9 μW cm?2，傳統聚偏氟乙烯（PVDF）柔性壓電材料功率密度的2000倍)。這一研究工作充分展現了分子鐵電材料在柔性壓電器件領域的巨大潛力，同時也為未來高性能柔性電子器件的開發提供了新思路。

此項研究是課題組在長余輝發光、圓偏振發光、室溫磁電耦合、X射線探測及多鐵性能（Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202313590；Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202319650；Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, ?e202413726；J. Am. Chem. Soc., 2024, 146, 21120；J. Am. Chem. Soc., 2024, doi.org/10.1021/jacs.4c07268；Nat. Commun. 2024, 15, 4702）等取得一系列研究成果之后，在鐵電壓電材料領域取得的又一重要進展。

浙江師范大學為該論文唯一通訊單位，化材學院2024級博士羅佳棋為論文第一作者，校聘副教授陸海峰博士、付大偉教授和張毅教授為通訊作者。該論文工作得到國家自然科學基金、浙江省自然科學基金和金華市科技局重大項目的資助。