軟質(zhì)電活性材料像電池一樣儲能

(相關(guān)資料圖)

9日發(fā)表在《自然》雜志上的一篇論文稱，美國西北大學(xué)材料科學(xué)家利用肽和塑料中大分子的片段，開發(fā)出一種由微小、靈活的納米級絲帶組成的材料。這種柔軟、可持續(xù)的電活性材料有望為醫(yī)療、可穿戴和人機界面設(shè)備提供新的應(yīng)用可能性。

這種材料可以像電池一樣充電，用于儲存能量或記錄數(shù)字信息。它還具有高效節(jié)能、生物相容性好以及由可持續(xù)材料制成等優(yōu)點，有望催生出新型超輕電子設(shè)備，同時減少電子產(chǎn)品的制造和處置對環(huán)境的影響。

新材料的秘密在于肽兩親分子。這些分子包含肽和脂質(zhì)片段，當置于水中時，其脂質(zhì)片段會驅(qū)動分子自組裝。

研究人員用聚偏氟乙烯(PVDF)塑料的微型分子片段替換了脂質(zhì)尾部，但保留了包含氨基酸序列的肽片段。PVDF常用于音頻和聲吶技術(shù)，是一種具有特殊電性能的塑料。它在受壓或擠壓時可以產(chǎn)生電信號，這種特性被稱為壓電性。同時，它也是一種鐵電材料，具有極性結(jié)構(gòu)，可以通過外部電壓使極性旋轉(zhuǎn)180度。

研究人員表示，包括PVDF在內(nèi)的所有塑料都含有聚合物，這些巨型分子通常由數(shù)千個化學(xué)結(jié)構(gòu)單元組成。他們精確合成了僅包含3到7個偏二氟乙烯單元的微型聚合物。有趣的是，具有4、5或6個單元的微型片段受到自然界中蛋白質(zhì)中存在的β-折疊結(jié)構(gòu)的支配，會組織成穩(wěn)定的鐵電相。

這種新材料不僅具有與PVDF相同的鐵電性和壓電性，而且其電活性穩(wěn)定，能夠使用極低的外部電壓切換極性。

經(jīng)過進一步開發(fā)，這種新型軟材料可用于低功耗、節(jié)能的微型存儲芯片、傳感器和儲能單元。還可以將其集成到編織纖維中，制造出智能織物或類似貼紙的醫(yī)療植入物。在可穿戴設(shè)備中，電子設(shè)備通常通過腕帶笨拙地固定在人體上，有了這種新材料，腕帶本身就具備了電子功能。