8月4日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所柔性磁电功能材料与器件团队在国际学术杂志Science上发表了题为“Intrinsically elastic polymer ferroelectric by precise slight crosslinking”的研究文章（DOI：10.1126/science.adh2509）。
本论文的第一作者为宁波材料所和中科大纳米学院合培生2023年应届硕士毕业生高亮，宁波材料所胡本林研究员和李润伟研究员为通讯作者。该工作得到了卢嘉锡国际合作团队（GJTD-2020-11）、国家自然科学基金（51931011、52127803）、浙江省钱江人才计划（ZJ-QJRC-2020-32）和浙江省尖兵领雁项目（2022C01032）等支持。
国际知名铁电材料专家、东南大学熊仁根教授受邀在同期的Science期刊PERSPECTIVE专栏发表评论文章对成果进行了高度评价，认为这是一个突破性的工作，开辟了“弹性铁电”这一全新的学科，并展望了弹性铁电材料可能的应用场景和未来的发展方向。
研究团队提出的“弹性铁电材料”的概念，设计了精确的“微交联法”在铁电聚合物中建立网络结构。选择聚（偏氟乙烯-三氟乙烯）（P(VDF-TrFE), 55/45mol%）作为反应基体材料，选择带有软而长链的聚氧化乙烯二胺（PEG-diamine）作为交联剂材料，使用低交联密度（1%～2%）赋予线性铁电聚合材料弹性的同时保持较高的结晶度。研究表明，交联后的铁电薄膜结晶相以β相为主，结晶均匀分散在聚合物交联网络中。在受力时，网络状结构能够均匀地将外力分散并且更多地承受应力，避免结晶区受到破坏。实验结果显示交联后铁电薄膜在70%的应变下依旧具有较好的铁电响应，剩余极化约4.5μC/cm2并在拉伸过程中能够保持稳定，且具有较好的耐机械和铁电翻转疲劳性，大大提高了可靠性和使用寿命，拓展了使用范围。由此可见“微交联法”是实现铁电弹性化行之有效的方法，其利用简单的化学反应实现了铁电性与弹性的良好匹配，为铁电材料弹性化提供了新思路。未来团队也将扩展此类方法，探索微交联法对于材料弹性化研究的普适性，同时对制备的弹性铁电材料在可穿戴电子设备以及能量转换和存储、介电驱动等方面的应用进行探索。
该研究开辟了全新的学科方向——弹性铁电材料，并提出了一种铁电材料的本征弹性化方法，即采用微交联法使铁电聚合物从线性结构转变为网络状结构，通过精准调控交联密度在实现弹性化的同时，降低结构改变对材料结晶性能的影响，开创性地同时将弹性与铁电性赋予同一材料。基于此创制了一种兼具弹性与铁电性，且具有较好的耐机械疲劳和铁电疲劳性能的弹性铁电聚合物。
图1：弹性铁电的概念和合成策略示意图
图2 应变下弹性铁电的铁电响应。A为全弹性器件；B、C为全弹性器件在0%和70%的应变；D为在1kHz下0～70%应变下的P-E回滞曲线；E为不同应变下的名义Pmax、Pr和Ec和校正后的真实Pr。实验表明交联铁电薄膜在不同拉伸应变下均具有稳定的铁电响应
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