石家庄铁道大学新型界面压电材料研究取得突破 半导体材料穿上金属“外衣”可发电


河北日报讯(记者马利)从石家庄铁道大学获悉,该校教授赵晋津带领团队与英国华威大学合作,在新型界面压电材料研究领域取得新突破——发现异质节界面结构对称性变化,可以产生高效压电和热释电性能。这一研究揭示了环境压力和温度改变诱导产生界面极性的基本规律,科研成果发表在8月20日出版的《自然》期刊上。
  
  随着全球能源需求的持续上升,大量电子设备广泛应用到日常生活的方方面面。如何高效收集我们身体动作产生的能量,将常常被人忽略的能量应用在柔性穿戴电子材料上,把血压计、B超机等设备缩小并集成在日常衣物上,做成可穿戴的医疗器械,成为众多科学家研究的重要课题。赵晋津介绍,新型发电设备需要兼具发电和传感功能,不仅能将周围环境中的机械能和热能直接转换为电能,还可以作为自供能传感器不间断地工作。
  
  1880年,科学家发现压电效应,即压电材料在受挤压或拉伸时可以产生电荷,或在材料两端施加电压后使材料伸长或缩短。压电材料具有非中心对称或极性对称性质,在外部作用下,可直接将机械能转换成电能,反之亦然。而由外界温度变化引起极性对称改变,产生表面电荷称为热释电效应,就是压电效应的一种。
  
  “由此可见,压电材料是实现能量转换和信号传递的重要载体,但是将其应用于能量收集领域,近年才引起人们的广泛关注。”赵晋津介绍,自然界存在的大量物质是中心对称,并不具有压电效应,如何开发一种通过外界环境诱导使物质形成非中心对称从而具有高效压电效应,是当前全球科学家关注的热点和难点。
  
  赵晋津团队一直致力于钙钛矿结构材料压电效应,压电效应在能源和传感器等领域应用研究。他们发现,通过给中心对称的半导体材料穿上金属“外衣”,可以产生内建电场,引起极性对称,产生压电和热释电突现效应。这一研究可广泛应用于声学与超声、医疗与健康,体育与休闲、控制与检测、交通、人机界面、安防、物联网等多个领域。

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