化材学院张毅/付大伟教授课题组在NatureCommunications上发表研究成果

来源：浙江师范大学时间：2025-01-07 00:48:49

近日，浙江师范大学化材学院张毅/付大伟教授课题组与江苏大学合作在综合性期刊Nature Communications（自然通讯）上在线发表了题为“Porous flexible molecular-based piezoelectric composite achieves milliwatt output power density”的研究论文。

自1880年石英晶体的压电效应被发现以来，钛酸钡（BTO）和锆钛酸铅（PZT）为代表的无机铁电材料凭借其优异的压电性能被广泛应用于各类能量收集和传感器件。伴随着对柔性和可穿戴设备日益增长的需求，研究人员着手将柔性聚合物基材和无机陶瓷压电体相结合构建柔性复合材料，以解决其长期存在的机械刚度问题。但是，无机材料与致密的柔性有机基底在复合过程中由于硬度和弹性模量相差太大会易出现相分离问题，致密结构会造成复合压电材料含量低和应力传递不均，从而影响复合材料性能和使用寿命。

近期，课题组研究发现，杂化的分子基材料与柔性的有机聚合物具有更为相近的硬度、弹性模量和有机相容性。此外，与致密聚合物材料相比，多孔结构的具有更为优越的可压缩性、响应稳定性和大的复合比，这为上述问题的解决带来了希望。基于此，团队将具有大压电响应的分子基铁电材料（TMCM-CdCl3）与热塑性的多孔聚氨酯(TPU)相结合，成功设计并制备出柔性多孔分子基压电复合材料TMCM-CdCl3/TPU。多孔TPU的三维互联骨架结构不但可以实现TMCM-CdCl3在复合材料中的含量高达50 %，而且有利于应力传递和放大，从而使得此柔性压电复合材料具有高灵敏度、优异的抗疲劳性能和高功率密度(636.9 µW cm−2，传统聚偏氟乙烯（PVDF）柔性压电材料功率密度的2000倍)。这一研究工作充分展现了分子铁电材料在柔性压电器件领域的巨大潜力，同时也为未来高性能柔性电子器件的开发提供了新思路。

此项研究是课题组在长余辉发光、圆偏振发光、室温磁电耦合、X射线探测及多铁性能（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，在铁电压电材料领域取得的又一重要进展。