近日，東南大學召開新聞發布會宣布，東南大學研究團隊合成首例達到無機材料壓電性能的分子材料，分子鐵電、壓電材料領域取得了突破性研究進展，解決130年來制約分子材料壓電性的世紀難題。東南大學熊仁根教授團隊、游雨蒙教授課題組與合作者歷經3年多的研究，完成了此項研究，研究結果已于美國東部時間7月21日發表在國際頂尖學術雜志《科學》上。

壓電性，就是材料在受擠壓或拉伸時可以產生電，或在材料兩段施加電壓后材料伸長或縮短的特性。具有壓電性的材料也就被稱作為壓電材料，這類材料不但可以像馬達那樣，直接將電力轉換成驅動力，還可以用電產生聲波、超聲波，例如醫用B超探頭上就使用了壓電材料。

不僅如此，借助其可以將壓力轉為電信號的能力，壓電材料也被用作超聲傳感、加速度傳感器等，現在智能手機上的“搖一搖”等功能的實現正是借助壓電加速度傳感器。除此以外，人們所熟知的石英手表的核心元件就是一個壓電石英晶片。上到衛星火箭、下到漁船潛水艇，從軍用導彈到醫用B超，可以說壓電材料的使用已經深入到社會的每一個層面中。

伴隨著技術的進步，各種電子元件的尺寸日益縮小，人們希望能在一層薄薄的可以彎折的薄膜上實現以往手機、筆記本電腦的所有功能。在醫學保健方面，越來越多的研究者希望將血壓計、B超機等“大型設備”縮小并集成在日常衣物上做成“可穿戴的”醫療器械。

這時，傳統壓電材料的種種局限逐漸暴露出來，比如壓電陶瓷制作中需要上千度的高溫，在這種溫度下，大多數精密的電子器件與具有柔性的薄膜都無法耐受這種溫度，因此制作壓電陶瓷薄膜需要付出巨大的代價；同時，陶瓷的高硬度在遇到對柔韌性的需求時反而成為缺點；另外不得不提到傳統壓電陶瓷中通常含有潛在的有毒金屬，不利于環境保護并對生物體有可能產生毒性。

而除了傳統的陶瓷材料，還存在另一大類由分子組成的“分子材料”，這類特殊的材料由于其結構靈活多變、性質設計調控空間大、制作成本低、容易制成薄膜、柔韌性好、可降解、無毒害等優點一直以來都是材料研究領域的熱點之一。

為了補充傳統壓電陶瓷在應用中存在的問題，研究者們近百年來一直在努力提升分子材料的壓電性能，希望能用分子材料來補足壓電陶瓷的短板，但收效甚微，以往報道過的分子材料其壓電性和壓電陶瓷還有著數量級的差距。由于壓電性不佳，盡管具有多種優點分子材料也無法在壓電領域取得一席之地。

東南大學的研究者為解決分子材料的壓電性這一世紀難題帶來了曙光，他們突破傳統的合成思路，另辟蹊徑，創新性的從提升鐵電極軸數量入手、利用相變前后對稱性的巨大變化，發現了一類具有優異壓電性能的分子鐵電材料。這種新型分子鐵電材料不但秉承了分子材料的種種優勢，同時首次在壓電性能上達到了傳統壓電陶瓷的水平。

雖然研究還僅存在于實驗室內，但隨著新型分子鐵電體的開發和進步，制作出具有實用性的柔性薄膜壓電元件不再是一件難以企及的夢想。未來，這種具有優良壓電特性的分子鐵電材料將會使計算機芯片的體積進一步縮小，使能像紙張一樣折疊彎曲的心率計、B超機成為可能，或者利用衣物的彎折對手機充電。同時憑借著分子材料的良好生物兼容性，人們將制作出更加安全的醫學植入器件。除此以外，分子壓電材料還在傳感器，人機交互技術，微機電系統，納米機器人以及有源柔性電子學等領域具有重大的應用前景。

備注

此項研究也是江蘇省“分子鐵電科學與應用”重點實驗室（前身為東南大學有序物質科學研究中心）的一項重要成果。本文的第一作者和共同通訊作者游雨蒙教授以及合作作者廖偉強博士（共同第一作者）、熊仁根教授（共同通訊作者）、葉恒云教授、張毅教授、付大偉教授、李鵬飛博士、王金蘭教授等均來自該實驗室。

該重點實驗室于今年年初掛牌成立，研究人員由東南大學化學化工學院、物理學院、電子科學與工程學院的師生組成，重點實驗室的前身為熊仁根教授2006年組建的東南大學有序物質科學研究中心，該重點實驗室也是同時也是東南大學“生物電子學”國家重點實驗室的組成部分。在熊仁根教授的帶領下，團隊以分子基鐵電材料作為主要研究方向，大量研究成果被國際頂級學術期刊發表，并獲得了包括教育部自然科學一等獎的多個獎項。有序物質科學研究中心也成為了一支 “領跑”分子鐵電研究的優秀團隊。值得一提的是，本次的研究結果也是自2013年來該實驗室在國際頂尖期刊《科學》上以東南大學為第一完成單位發表的第二篇論文。

來源：來源：東南大學