宾夕法尼亚州立大学
著名的电气工程教授张启明带领一组研究人员开发了一种坚固的压电材料，可以将机械应力转化为电能
致谢:泰勒·亨德森/宾夕法尼亚州立大学
压电材料将机械应力转换成电，反之亦然，并且可用于传感器、致动器和许多其他应用
但是，根据电机工程著名教授张启明的说法，在聚合物(由分子链组成的材料，通常用于塑料、药物等)中实现压电可能很困难
张和宾夕法尼亚州立大学领导的跨学科研究小组开发了一种具有强大压电效应的聚合物，比以前的迭代发电效率提高了60%
他们今天在《科学》杂志上发表了他们的成果
“历史上，聚合物的机电耦合一直很低，”张说
“我们开始改善这一点，因为聚合物的相对柔软性使其成为各种领域中软传感器和致动器的绝佳候选材料，包括生物传感、声纳、人造肌肉等
" 为了制造这种材料，研究人员故意在聚合物中加入化学杂质
这一过程被称为掺杂，允许研究人员调整材料的属性，以产生理想的效果——前提是他们整合了正确数量的杂质
加入太少的掺杂剂会阻止预期效果的开始，而加入太多的掺杂剂会引入有害的特性，妨碍材料的功能
掺杂扭曲了聚合物结构成分中正负电荷之间的间距
这种扭曲隔离了相反的电荷，使元件更有效地积累外部电荷
张说，当聚合物变形时，这种积累增强了聚合物中的电转移
为了增强掺杂效果并确保分子链的排列，研究人员拉伸了聚合物
根据张的说法，这种排列比链随机排列的聚合物促进了更多的机电响应
“这种聚合物的发电效率大大提高了，”张说
“通过这一流程，我们实现了70%的效率，与之前10%的效率相比有了巨大的提高
" 这种强健的机电性能在刚性陶瓷材料中更为常见，可以使柔性聚合物具有多种应用
由于这种聚合物对声波的抵抗力与水和人体组织相似，因此可以应用于医学成像、水下水听器或压力传感器
张说，聚合物往往比陶瓷更轻，更易配置，因此这种聚合物可以为探索成像，机器人等方面的改进提供机会
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