革命性压电聚合物提升能量转换效率60%

宾州州立大学牵头跨学科研究团队开发出具强压电效应的聚合素，发电效率较前代提升60%。

压电材料将机械应力转化为电能，或反之，可用于传感器、执行器等众多应用。但据电气工程杰出教授Qiming Zhang称，在聚合物——由分子链组成、常用于塑料、药物等——中实现压电效应颇具难度。

“历史上聚合物机电耦合极低，”Zhang说。“我们致力改进此点，因聚合物相对柔软使其成为生物传感、声纳、人造肌肉等领域软传感器与执行器的优秀候选。”

为创造材料，研究者故意在聚合物引入化学杂质。此掺杂过程允许研究者调控材料性质产生期望效应——前提是整合正确杂质数量。掺杂过少可能阻止期望效应启动，过多可能引入妨碍材料功能的不良特性。

掺杂扭曲聚合物结构组件内正负电荷间距。这种扭曲分离异性电荷，使组件更高效累积外部电荷。变形时增强聚合物内电荷传输，Zhang说。

为增强掺杂效应确保分子链对齐，研究者拉伸聚合物。Zhang称此对齐比随机排列链的聚合物产生更多机电响应。

“聚合物发电效率大幅提升，”Zhang说。“此工艺实现70%效率——从之前10%效率巨大飞跃。”

这种强机电性能在硬质陶瓷材料更常见，可为柔性聚合物启用多种应用。

因聚合物声阻抗与水和人体组织相似，可用于医学成像、水下水听器、压力传感器。

聚合物也比陶瓷更轻、更可配置，Zhang说此聚合物可提供探索成像、机器人等改进机会。

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