同时具备电致伸缩和压电特性的柔性压电晶体，为更高效的可弯曲电子学铺平了道路

由新加坡南洋理工大学（NTUSingapore）领导的一组研究人员已经开发了一种新材料，该材料在通电时可以比竞争对手弯曲和弯曲40倍以上，从而为更好的微型机器开辟了道路。

而当它弯曲时，它可以非常有效地发电，并且可以用于更好的能量收集-可能仅通过日常运动为小工具中的电池充电。

新型材料既是电致伸缩的又是压电的。它的电致伸缩性能意味着当施加电流时它可以改变形状，而压电意味着该材料可以将压力转换成电荷。

当施加电场时，构成电致伸缩材料的原子移动，从而导致材料变形和弯曲。当压电材料被压缩时，压力被转换为电荷，这些电荷积聚在材料中。

科学家发现，当施加电场时，这种新的混合材料可能会变形至22％，这是迄今为止压电材料中最高的应变。这远远超过了传统的压电材料，当电流通过时，压电材料的变形率最高仅为0.5％。新材料还比其他压电和电致伸缩材料更节能。

NTU科学家开发的新型压电晶体的特写镜头，其弯曲能力比小型致动器和传感器中通常使用的传统铁电晶体高40倍。

压电材料通常用于吉他，扬声器，传感器和电动机。例如，压电拾音器是一种用于电吉他中的设备，用于将来自琴弦的振动转换为电信号，然后对其进行处理以进行音乐录制或通过扬声器进行放大。

铁电晶体最早于年被发现，由于其易于集成到电子设备中，因此已被用于制造压电材料超过70年。

但是，它们易碎且不易弯曲，仅弯曲0.5％，这极大地限制了它们在电子设备中的应用，例如执行器（将电控制信号转换为机械运动的部件，例如打开和关闭的阀门）。

一些铁电体还包含有毒的铅，并且其在压电设备中的存在是电子废物难以回收的原因之一。传统的铁电体（例如钙钛矿氧化物）也不适合与皮肤接触的柔性电子设备，例如跟踪心律的可穿戴生物医学设备。

新材料发表在科学杂志《NatureMaterials》（铁电开关驱动的大剪切应变和混合铁电体中的压电性）上，是由南洋理工大学物理与数学科学学院的范宏进教授及其团队（包括他的博士生胡玉忠先生是本文的第一作者。团队的成员还包括来自中国南方科技大学的王俊玲教授，他是材料科学与工程学院的前南大教授。

范教授说：这种新型铁电材料的柔韧性是同类电致伸缩材料的40倍以上，可用于高效装置，例如在施加电场时会弯曲的致动器和传感器。凭借其卓越的压电性能，该材料还可以用于弯曲时会收集能量的机械设备中，这将有助于为可穿戴设备充电。

我们认为，通过进一步优化化学成分，我们可以在未来大幅改善此性能。我们认为，这种材料可能在物联网（IOT）的可穿戴设备的开发中发挥关键作用，这是关键之一推动第四次工业革命的技术。

开发柔性铁电材料

为了开发一种柔性铁电材料，研究人员修改了混合铁电化合物C6H5N（CH3）3CdCl3或简称PCCF的化学结构，其弯曲潜力可能是传统铁电化合物的一百倍。

为了进一步增加材料的移动范围，科学家们通过将化合物的某些氯（Cl）原子替换为大小与氯相似的溴（Br）来修饰该化合物的化学组成，以削弱该化合物在特定点的化学键在结构上。这使材料更加柔软而不影响其压电性能。

这种新材料易于制造，仅需进行基于溶液的处理，其中随着液体的蒸发形成晶体，这与需要使用高功率激光器和能量来形成的典型铁电晶体不同。

当对新的PCCF化合物施加电场时，其中的原子位移远大于大多数常规铁电体中的原子，其应变比常规压电材料高出22％。