石家莊鐵道大學(xué)新型界面壓電材料研究取得突破 半導(dǎo)體材料穿上金屬“外衣”可發(fā)電
河北日報訊（記者馬利）從石家莊鐵道大學(xué)獲悉,，該校教授趙晉津帶領(lǐng)團隊與英國華威大學(xué)合作，在新型界面壓電材料研究領(lǐng)域取得新突破——發(fā)現(xiàn)異質(zhì)節(jié)界面結(jié)構(gòu)對稱性變化,，可以產(chǎn)生高效壓電和熱釋電性能,。這一研究揭示了環(huán)境壓力和溫度改變誘導(dǎo)產(chǎn)生界面極性的基本規(guī)律，科研成果發(fā)表在8月20日出版的《自然》期刊上,。
隨著全球能源需求的持續(xù)上升,，大量電子設(shè)備廣泛應(yīng)用到日常生活的方方面面。如何高效收集我們身體動作產(chǎn)生的能量,，將常常被人忽略的能量應(yīng)用在柔性穿戴電子材料上,，把血壓計、B超機等設(shè)備縮小并集成在日常衣物上,，做成可穿戴的醫(yī)療器械,，成為眾多科學(xué)家研究的重要課題。趙晉津介紹,，新型發(fā)電設(shè)備需要兼具發(fā)電和傳感功能,，不僅能將周圍環(huán)境中的機械能和熱能直接轉(zhuǎn)換為電能，還可以作為自供能傳感器不間斷地工作,。
1880年,，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)壓電效應(yīng)，即壓電材料在受擠壓或拉伸時可以產(chǎn)生電荷,，或在材料兩端施加電壓后使材料伸長或縮短,。壓電材料具有非中心對稱或極性對稱性質(zhì)，在外部作用下,，可直接將機械能轉(zhuǎn)換成電能,，反之亦然。而由外界溫度變化引起極性對稱改變,，產(chǎn)生表面電荷稱為熱釋電效應(yīng),，就是壓電效應(yīng)的一種。
“由此可見,，壓電材料是實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換和信號傳遞的重要載體,，但是將其應(yīng)用于能量收集領(lǐng)域，近年才引起人們的廣泛關(guān)注,?！壁w晉津介紹,，自然界存在的大量物質(zhì)是中心對稱，并不具有壓電效應(yīng),，如何開發(fā)一種通過外界環(huán)境誘導(dǎo)使物質(zhì)形成非中心對稱從而具有高效壓電效應(yīng),，是當(dāng)前全球科學(xué)家關(guān)注的熱點和難點。
趙晉津團隊一直致力于鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料壓電效應(yīng),，壓電效應(yīng)在能源和傳感器等領(lǐng)域應(yīng)用研究,。他們發(fā)現(xiàn)，通過給中心對稱的半導(dǎo)體材料穿上金屬“外衣”,，可以產(chǎn)生內(nèi)建電場,，引起極性對稱，產(chǎn)生壓電和熱釋電突現(xiàn)效應(yīng),。這一研究可廣泛應(yīng)用于聲學(xué)與超聲,、醫(yī)療與健康，體育與休閑,、控制與檢測,、交通、人機界面,、安防,、物聯(lián)網(wǎng)等多個領(lǐng)域。
