8月4日，国际学术刊物Science上发表了题为“Intrinsically elastic polymer ferroelectric by precise slight cross-linking”的研究论文。中国科大纳米科学技术学院（以下简称纳米学院）2020级硕士研究生高亮同学为该研究论文的第一作者，通讯作者中国科学院宁波材料技术与工程研究所（以下简称宁波材料所）胡本林研究员和李润伟研究员为纳米学院专业硕士研究生的实践导师。
铁电材料是一种绝缘性功能材料，其表面自带电荷。在无外加电场时，这些电荷处于无序状态，一旦有电场作用在铁电材料上，电荷将会重新排列，其排列方式会随着电场的变化而变化。同时，铁电材料还具有记忆能力。它能够记住之前的电场状态，即便电场不再作用，排列后的电荷也会保持原来的状态而不发生改变。这使其具备高介电常数、压电性、热电性和电制冷性等特性，可以用在计算机存储器、高精度电机、超敏感传感器和声纳设备等电子产品中，也是我们日常使用的手机、平板电脑等电子设备中必不可少的材料之一。随着可穿戴设备、柔性电子和智能感知等领域的快速的发展，对于使用的材料提出了越来越高的要求，甚至在复杂形变下依旧能保持稳定的性能。电子器件中所使用的材料根据导电性可分为导体、半导体和绝缘材料，导体和半导体目前已实现弹性化。而铁电材料作为绝缘材料中性能最丰富的功能材料之一，目前弹性化尚未实现，这极大地限制了铁电材料在柔弹性电子等领域的应用。铁电材料的铁电性主要来源于其结晶区，但晶体本身几乎不具备弹性，所以铁电性和弹性对于铁电材料而言很难兼顾。
研究团队提出了“弹性铁电体”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), 55/45 mol%）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%）赋予线性铁电聚合物弹性同时保持较高的结晶度。通过研究表明交联后的铁电薄膜结晶相以β相为主，结晶均匀地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且承受更多应力，避免结晶区受到破坏。实验研究结果表明交联后薄膜在70%的应变下依旧具有较好的铁电响应。其剩余极化约为4.5 μC/cm2，可在拉伸过程中保持稳定，并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。该“微交联”制备路线是铁电弹性化行之有效的方法，巧妙地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的思路。
图1 弹性铁电的概念和合成策略示意图
论文信息：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adh2509
高亮，2020年考取中国科大纳米学院“材料与化工”专业学位研究生。2021年通过纳米学院与宁波材料所联合培养项目，进入宁波材料所柔性磁电功能材料与器件团队开展硕士论文工作，研究方向为弹性铁电体材料，校内导师为中国科大刘江涛教授，实践导师为宁波材料所胡本林研究员。
中国科大纳米学院自2011年1月揭牌以来，一直挂靠化学与材料科学学院，重点培养“材料与化工”专业学位工程硕士研究生，自2023年试点培养工程博士研究生。学院秉承“红专并进、理实交融”校训和各项教育方针，立足学生、紧抓质量，在依托校内资源的基础上，与相关科研院所、科教融合学院和行业重点企业联合培养研究生。学院先后已经与中国科学院属下的宁波材料所、深圳先进技术研究院、苏州纳米技术与仿生研究所、沈阳金属所和广州能源所等多家科研院所和融合学院，以及行业企业建立了研究生合作培养模式，专业方向涵盖新材料、新能源、半导体、芯片、双碳等众多重点领域，学生培养质量稳步提升。