近日，浙江師范大學(xué)化材學(xué)院張毅/付大偉教授課題組與江蘇大學(xué)合作在綜合性期刊Nature Communications（自然通訊）上在線發(fā)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(yīng)被發(fā)現(xiàn)以來，鈦酸鋇（BTO）和鋯鈦酸鉛（PZT）為代表的無機(jī)鐵電材料憑借其優(yōu)異的壓電性能被廣泛應(yīng)用于各類能量收集和傳感器件。伴隨著對柔性和可穿戴設(shè)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(jī)陶瓷壓電體相結(jié)合構(gòu)建柔性復(fù)合材料，以解決其長期存在的機(jī)械剛度問題。但是，無機(jī)材料與致密的柔性有機(jī)基底在復(fù)合過程中由于硬度和彈性模量相差太大會(huì)易出現(xiàn)相分離問題，致密結(jié)構(gòu)會(huì)造成復(fù)合壓電材料含量低和應(yīng)力傳遞不均，從而影響復(fù)合材料性能和使用壽命。

近期，課題組研究發(fā)現(xiàn)，雜化的分子基材料與柔性的有機(jī)聚合物具有更為相近的硬度、彈性模量和有機(jī)相容性。此外，與致密聚合物材料相比，多孔結(jié)構(gòu)的具有更為優(yōu)越的可壓縮性、響應(yīng)穩(wěn)定性和大的復(fù)合比，這為上述問題的解決帶來了希望。基于此，團(tuán)隊(duì)將具有大壓電響應(yīng)的分子基鐵電材料（TMCM-CdCl3）與熱塑性的多孔聚氨酯(TPU)相結(jié)合，成功設(shè)計(jì)并制備出柔性多孔分子基壓電復(fù)合材料TMCM-CdCl3/TPU。多孔TPU的三維互聯(lián)骨架結(jié)構(gòu)不但可以實(shí)現(xiàn)TMCM-CdCl3在復(fù)合材料中的含量高達(dá)50 %，而且有利于應(yīng)力傳遞和放大，從而使得此柔性壓電復(fù)合材料具有高靈敏度、優(yōu)異的抗疲勞性能和高功率密度(636.9 μW cm?2，傳統(tǒng)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(xiàn)了分子鐵電材料在柔性壓電器件領(lǐng)域的巨大潛力，同時(shí)也為未來高性能柔性電子器件的開發(fā)提供了新思路。

此項(xiàng)研究是課題組在長余輝發(fā)光、圓偏振發(fā)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(lǐng)域取得的又一重要進(jìn)展。

浙江師范大學(xué)為該論文唯一通訊單位，化材學(xué)院2024級(jí)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(xué)基金、浙江省自然科學(xué)基金和金華市科技局重大項(xiàng)目的資助。