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铁电体是现代世界不可分割的组成部分，在电学、电子学和生物医学中具有重要意义。然而，它们在新兴可穿戴电子产品中的应用受到非弹性变形的限制。

2023年8月3日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所李润伟及胡本林共同通讯在Science在线发表题为“Intrinsically elastic polymer ferroelectric by precise slight cross-linking”的研究论文，该研究通过铁电聚合物的轻微交联，将铁电响应和弹性回弹结合到一种材料中，开发了具有内在弹性的铁电体。

精确的微交联可以实现结晶度和回弹性之间的复杂平衡。因此，获得了弹性铁电体，在高达70%应变的机械变形下具有稳定的铁电响应。这种弹性铁电体在与可穿戴电子产品相关的应用中潜力十分重大，例如弹性铁电传感器，信息存储和能量转导。

另外，2023年3月16日，中国科学院波材料研究所黄庆和德雷塞尔大学Yury Gogotsi共同通讯在Science 在线发表题为“Chemical scissor–mediated structural editing of layered transition metal carbides”的研究论文，该研究报道了一种层状碳化物(MAX相)及其二维衍生物(MXenes)的结构编辑协议。化学“剪刀”和插层剂分别介导了缝隙打开和物质插层阶段，形成了具有非常规元素和结构的MAX相以及具有多功能末端的MXenes。用金属“剪刀”去除MXenes中的末端，然后用原子插入拼接2D碳化物纳米片，从而重建MAX相和一系列金属插入的2D碳化物，这两者都可能推动从能源到印刷电子等领域的发展（点击阅读）。

具有可拉伸性的可穿戴电子产品应具有足够的弹性，以符合生物组织，并适应大(高达50%至80%)和频繁应变下的身体运动。这些要求已逐渐成为类皮肤弹性电子产品材料的基本特征。最近，已经提出了基于本质弹性导体或半导体的可穿戴传感器和电路原型。弹性铁电体(FEs)是现代电子产品的关键和有前途的基础材料，仍然落后于它们的内在弹性对应物，阻碍了它们在新兴可穿戴设备中的应用。

FEs具有可逆自发极化和独特的特性(FE响应)，使其适用于广泛的应用，从电子到电力和生物医学应用。然而，以聚偏二氟乙烯(PVDF)为基础的主流聚合物FEs虽然能够实现大的塑性变形，但在应力消除后却无法恢复，更不用说传统的氧化物FEs在拉伸开始时甚至会经历脆性破坏。因此，为可穿戴电子产品开发一种新的有限元，克服这种有限元响应-弹性恢复困境是至关重要的，但也是具有挑战性的。

弹性有限元的概念与合成（图源自Science ）

通常，电子材料的弹性可以通过机械和几何设计的刚性材料的结构工程来实现，将功能材料与弹性体混合，或功能材料的固有弹性。结构工程制造的样品只能实现有限的拉伸范围(小于预应变值);它们通常需要复杂的制造技术，并且在阵列内显示出降低的器件密度。将氧化FE颗粒掺入弹性体得到的复合材料遇到极具挑战性的极化问题。事实上，在这些复合材料中，每个氧化物颗粒的FE畴是随机定向的，这需要有效的极化。然而，由于电场主要分布在低导电性弹性体相，因此氧化物FE颗粒需要非常高的极化场，这对复合材料的介电和机电击穿具有很高的风险。因此，内在弹性可能是唯一可能的途径，有效地赋予弹性弹性的FEs。该工艺可以使材料的开发同时具有可扩展生产的解决方案，高器件密度和优异的应变耐久性。

该研究提出了一种“轻微交联”的方法来开发弹性FEs。作者成功地将带有软链的塑料聚合物FE轻微交联成稳定的FE网络，并通过溶液加工和标准电子工业方法制备了弹性FE。作者的弹性聚合物有限元同时显示了有限元响应和弹性恢复，即使在高达70%的应变下。微交联是聚合物FE弹性化解决有限元响应-弹性恢复困境的有效途径。因此，实现内在弹性的FEs可以弥合FE材料和新兴可穿戴电子产品之间的差距，从而实现广泛的潜在应用，如可穿戴传感、信息存储、能量传导和存储。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adh2509

转自：“iNature”微信公众号

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