同時具備電致伸縮和壓電特性的柔性壓電晶體，為更高效的可彎曲電子學鋪平了道路

由新加坡南洋理工大學（NTU Singapore）領導的一組研究人員已經開發了一種新材料，該材料在通電時可以比競爭對手彎曲和彎曲40倍以上，從而為更好的微型機器開闢了道路。

而當它彎曲時，它可以非常有效地發電，並且可以用於更好的"能量收集"-可能僅透過日常運動為小工具中的電池充電。

新型材料既是電致伸縮的又是壓電的。它的電致伸縮效能意味著當施加電流時它可以改變形狀，而壓電意味著該材料可以將壓力轉換成電荷。

當施加電場時，構成電致伸縮材料的原子移動，從而導致材料變形和彎曲。當壓電材料被壓縮時，壓力被轉換為電荷，這些電荷積聚在材料中。

科學家發現，當施加電場時，這種新的混合材料可能會變形至22％，這是迄今為止壓電材料中最高的應變。這遠遠超過了傳統的壓電材料，當電流透過時，壓電材料的變形率最高僅為0.5％。新材料還比其他壓電和電致伸縮材料更節能。

NTU科學家開發的新型壓電晶體的特寫鏡頭，其彎曲能力比小型致動器和感測器中通常使用的傳統鐵電晶體高40倍。

壓電材料通常用於吉他，揚聲器，感測器和電動機。例如，壓電拾音器是一種用於電吉他中的裝置，用於將來自琴絃的振動轉換為電訊號，然後對其進行處理以進行音樂錄製或透過揚聲器進行放大。

鐵電晶體最早於1920年被發現，由於其易於整合到電子裝置中，因此已被用於製造壓電材料超過70年。

但是，它們易碎且不易彎曲，僅彎曲0.5％，這極大地限制了它們在電子裝置中的應用，例如執行器（將電控制訊號轉換為機械運動的部件，例如開啟和關閉的閥門）。

一些鐵電體還包含有毒的鉛，並且其在壓電裝置中的存在是電子廢物難以回收的原因之一。傳統的鐵電體（例如鈣鈦礦氧化物）也不適合與面板接觸的柔性電子裝置，例如跟蹤心律的可穿戴生物醫學裝置。

新材料發表在科學雜誌《Nature Materials》（"鐵電開關驅動的大剪下應變和混合鐵電體中的壓電性"）上，是由南洋理工大學物理與數學科學學院的範宏進教授及其團隊（包括他的博士生胡玉忠先生是本文的第一作者。團隊的成員還包括來自中國南方科技大學的王俊玲教授，他是材料科學與工程學院的前南大教授。

範教授說："這種新型鐵電材料的柔韌性是同類電致伸縮材料的40倍以上，可用於高效裝置，例如在施加電場時會彎曲的致動器和感測器。憑藉其卓越的壓電效能，該材料還可以用於彎曲時會收集能量的機械裝置中，這將有助於為可穿戴裝置充電。

"我們認為，透過進一步最佳化化學成分，我們可以在未來大幅改善此效能。我們認為，這種材料可能在物聯網（IOT）的可穿戴裝置的開發中發揮關鍵作用，這是關鍵之一推動第四次工業革命的技術。"

開發柔性鐵電材料

為了開發一種柔性鐵電材料，研究人員修改了混合鐵電化合物C 6 H 5 N（CH 3）3 CdCl 3或簡稱PCCF的化學結構，其彎曲潛力可能是傳統鐵電化合物的一百倍。

為了進一步增加材料的移動範圍，科學家們透過將化合物的某些氯（Cl）原子替換為大小與氯相似的溴（Br）來修飾該化合物的化學組成，以削弱該化合物在特定點的化學鍵在結構上。這使材料更加柔軟而不影響其壓電效能。

這種新材料易於製造，僅需進行基於溶液的處理，其中隨著液體的蒸發形成晶體，這與需要使用高功率鐳射器和能量來形成的典型鐵電晶體不同。

當對新的PCCF化合物施加電場時，其中的原子位移遠大於大多數常規鐵電體中的原子，其應變比常規壓電材料高出22％。