中国科学家打造出弹性铁电材料，将大力推动可穿戴设备发展进程

【蜂耘网 智能硬件】今年6月初，苹果在WWDC 2023开发者大会中发布了头显设备Vision Pro。这一举动在可穿戴设备行业内引起巨大轰动。而就在近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所团队成功研发出一种具有弹性的新型铁电材料，这无疑是可穿戴设备发展史的一大步。

可穿戴设备是指能够佩戴在身上并与人体进行交互的电子设备。随着科技的不断进步，可穿戴设备正逐渐成为人们生活中不可或缺的一部分。这些智能设备如智能手表、智能眼镜和健康监测器等，它们通常具有传感器、处理器、通信模块和显示界面等组件，用于收集数据、处理信息并向用户提供反馈。而在可穿戴设备的开发过程中，铁电材料是不可或缺的一部分。

铁电材料是一类具有特殊电学性质的材料。它们表现出一种称为铁电效应的现象，即在不存在外电场时，可以自发地产生和保留一个电偶极矩。与其他普通材料不同，铁电材料的电偶极矩可以在外加电场的作用下反转方向，从而改变其物理性质。

这一特性使得铁电材料在可穿戴设备中具有许多优势。比如，铁电材料能够在没有外部能量输入的情况下长时间保存数据，从而降低设备消耗，延长电池寿命，实现高效、低功耗的存储器。而且铁电材料还能极大提升传感器的灵敏度，使可穿戴设备可以更加准确地测量心率、血压、体温等数据，为用户提供更好的服务。

此外，铁电材料还具有自愈合能力，这使得可穿戴设备更加耐用和可靠。铁电材料的结构可以在一定程度上自行修复或恢复，因此在设备受到物理损伤或应力时，可以自动修复损坏的部分，减少维修和更换的频率，提高设备的使用寿命。

尽管有着如此多的优点，铁电材料还是有着一个巨大的缺陷——不具备弹性。随着可穿戴设备的不断发展，用户对可穿戴设备的舒适度提出了需求，能够在使用过程中更加贴合身体的柔性可穿戴设备也逐渐出现在大众眼前。但由于铁电材料的铁电性来源于材料中的晶体部分，而晶体本身几乎不具备弹性，这使得铁电材料难以兼顾铁电性和弹性，同样也使得柔性可穿戴设备的发展脚步被不断放慢。

但这一情况即将迎来转机。近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所的研究团队研发出了兼具弹性回复与铁电性的新型高分子铁电材料，有望解决传统铁电材料在可穿戴领域难以在大形变下保持稳定性能的难题。8月4日，研究团队以《精准微交联实现本征弹性聚合物铁电性》（Intrinsically elastic polymer ferroelectric by precise slight crosslinking）为标题，将相关研究论文发表在国际学术期刊《科学》（Science）上。

铁电材料通常由线性和非晶状部分组成。线性部分形成结晶区，提供铁电性，而非晶状部分会相互缠绕在一起。这种缠绕容易导致结晶区受损，影响铁电性。为了解决这个问题，研究团队采用了另一种制备铁电材料的方法，方法被团队称为“微交联法”。他们使用微量柔软的聚合物将非晶状部分交联起来，形成弹性渔网状结构。这种结构可以吸收外力并保护结晶区，从而使材料在一定拉伸范围内仍然保持铁电性。当外力消失时，渔网状结构可以恢复到原始状态。此外，精确控制交联剂的用量可以确保铁电晶体均匀分布在交联网络中，使材料在交联后仍然具有良好的铁电响应。

在微交联法和弹性铁电材料的推动下，柔性可穿戴设备的发展即将迈入一个全新的阶段。论文另一通讯作者、中国科学院宁波材料所研究员李润伟表示，用弹性铁电材料做成的传感器将更加随和，具有更高的测量精度、更好的穿戴舒适性。“例如手机就离柔软贴身可任意弯折又近了一步，未来不仅有望更便携，还可能集成在衣物上。”

（蜂耘智能硬件网  责任编辑：村下秋冬）