近日，昆明理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院張恒正高級(jí)實(shí)驗(yàn)師課題組和中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所柔性磁電功能材料與器件團(tuán)隊(duì)合作，在鐵電材料彈性化領(lǐng)域取得重要研究進(jìn)展，相關(guān)成果以“Elastic relaxor ferroelectric by thiol-ene click reaction”為題發(fā)表在國際化學(xué)頂級(jí)期刊《Angewandte Chemie International Edition》上。昆明理工大學(xué)為論文第一完成單位及通訊單位，化學(xué)工程專業(yè)2021級(jí)碩士研究生李博文為論文第一作者，張恒正高級(jí)實(shí)驗(yàn)師和高欣副教授為論文共同通訊作者。

電子材料的彈性化為可穿戴設(shè)備領(lǐng)域帶來了新的機(jī)遇。鐵電體類似于半導(dǎo)體和電極，是可穿戴電子產(chǎn)品中的關(guān)鍵材料。但可穿戴設(shè)備的發(fā)展需要鐵電體在內(nèi)的這些電子材料能夠承受大幅（達(dá)到50~80%）且頻繁的應(yīng)變，同時(shí)要求其保持良好的電學(xué)性能。因此，鐵電材料的彈性化成為一個(gè)極具前景的方向。與經(jīng)典鐵電體類似，弛豫鐵電體表現(xiàn)出多功能性，包括熱釋電性、壓電性和介電性等，為開發(fā)和應(yīng)用為高性能驅(qū)動(dòng)器和傳感器提供了廣闊的前景。然而，無機(jī)弛豫鐵電體表現(xiàn)出脆性，而有機(jī)弛豫鐵電性表現(xiàn)出塑性，均無彈性。弛豫鐵電體作為現(xiàn)代電子設(shè)備中的關(guān)鍵材料，這一問題將限制了它們在柔彈性電子產(chǎn)品中的應(yīng)用。中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所李潤偉研究員和胡本林研究員首次提出了“彈性鐵電體”的概念（Science, 2023, 381: 540–544），通過精準(zhǔn)微交聯(lián)實(shí)現(xiàn)了鐵電體結(jié)晶度和回彈性之間的微妙平衡。然而，該本征彈性鐵電體的實(shí)現(xiàn)條件需要高溫?zé)峤宦?lián)，在一定程度上限制了彈性鐵電材料的應(yīng)用前景。

本研究以弛豫性鐵電聚合物聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯[P(VDF-CTFE)]為研究對(duì)象，在前期研究的基礎(chǔ)上，作者利用巰基-烯點(diǎn)擊反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了含雙鍵的弛豫性鐵電聚合物P(VDF-CTFE-DB)與含巰基的交聯(lián)劑TMPMP的交聯(lián)，構(gòu)建了聚合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)了弛豫性鐵電體的本征彈性化。交聯(lián)后的鐵電薄膜斷裂伸長率達(dá)260%，在50%應(yīng)變的疲勞測試中，該彈性弛豫鐵電薄膜在3,000次應(yīng)變循環(huán)后仍能保持80%的應(yīng)變回復(fù)率，與市售的氟彈性體P(VDF-HFP)相近。通過對(duì)交聯(lián)薄膜進(jìn)行電學(xué)性能表征，驗(yàn)證了交聯(lián)薄膜在較寬頻率內(nèi)穩(wěn)定的鐵電響應(yīng)。最終，以該彈性弛豫性鐵電體薄膜為介質(zhì)層制備的全彈性鐵電器件在70%應(yīng)變下展現(xiàn)了穩(wěn)定的鐵電響應(yīng)，進(jìn)一步驗(yàn)證了該彈性弛豫鐵電薄膜應(yīng)用于可穿戴設(shè)備的可能性。本研究為構(gòu)建本征彈性弛豫鐵電材料提供了一個(gè)簡便、高效的新思路。

上述研究工作得到了國家自然科學(xué)基金（51931011、51963012、52263011、52127803）、云南省“興滇英才支持計(jì)劃”青年人才專項(xiàng)（YNWR-QNBJ-2020-039、YNWR-QNBJ-2020-045）等項(xiàng)目的資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/ange.202400511