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絲瓜絡(luò)也能做成智能器件

文章來源：科技日報(bào) 更新時間：2023-10-27 15:25:38

10月22日，記者從北京航空航天大學(xué)獲悉，該校航空學(xué)院邵麗華教授與北京大學(xué)王建祥教授以及美國休斯頓大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)合作，在天然生物材料——多孔絲瓜絡(luò)的巨撓曲電效應(yīng)的啟發(fā)下，提出了一種將多孔生物材料應(yīng)用于綠色環(huán)保柔性發(fā)電機(jī)及其他智能器件的新策略。相關(guān)研究成果發(fā)表在《美國科學(xué)院院報(bào)》上。

　　據(jù)了解，具有力—電耦合效應(yīng)的柔性材料，在受到機(jī)械刺激或電場作用時能夠?qū)崿F(xiàn)電信號和變形之間的相互轉(zhuǎn)換，在軟體機(jī)器人、人工肌肉、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。撓曲電效應(yīng)指的是非均勻變形(如彎曲)引起材料極化，即正負(fù)電荷中心的分離，進(jìn)而產(chǎn)生電壓。撓曲電效應(yīng)作為一種常見的力—電耦合效應(yīng)，不受材料對稱性限制，存在于所有的電介質(zhì)中。但是柔性材料的撓曲電輸出低，因此如何提高柔性材料的撓曲電輸出是該領(lǐng)域的前沿性課題。

　　研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了天然多孔材料——絲瓜絡(luò)的巨撓曲電效應(yīng)，建立了力—電耦合模型，揭示了其力—電耦合機(jī)制。通常柔性材料的撓曲電效應(yīng)比較弱，絲瓜絡(luò)屬柔性材料，但其撓曲電效應(yīng)較好。

　　研究人員介紹，絲瓜絡(luò)具有類似海綿的形貌，其內(nèi)部呈現(xiàn)出不同尺度的二級孔隙結(jié)構(gòu)。一級結(jié)構(gòu)由絲瓜絡(luò)韌帶交織的宏觀多孔組織構(gòu)成，另一級是由絲瓜絡(luò)韌帶內(nèi)部的蜂窩狀管束組成的微觀通孔結(jié)構(gòu)。這種特殊的二級多孔結(jié)構(gòu)賦予了絲瓜絡(luò)輕質(zhì)、小尺寸的微結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生高應(yīng)變梯度的特性，為巨撓曲電響應(yīng)提供了有利條件。研究人員表示，作為綠色、環(huán)保、產(chǎn)量大且價(jià)格低廉的天然材料，絲瓜絡(luò)優(yōu)異的力—電響應(yīng)性能使其具有作為智能器件應(yīng)用的巨大潛力。

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