軟質(zhì)電活性材料像電池一樣儲能

9日發(fā)表在《自然》雜志上的一篇論文稱(chēng)，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(kāi)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、可持續的電活性材料有望為醫療、可穿戴和人機界面設備提供新的應用可能性。

這種材料可以像電池一樣充電，用于儲存能量或記錄數字信息。它還具有高效節能、生物相容性好以及由可持續材料制成等優(yōu)點(diǎn)，有望催生出新型超輕電子設備，同時(shí)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(shí)，其脂質(zhì)片段會(huì )驅動(dòng)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(shí)可以產(chǎn)生電信號，這種特性被稱(chēng)為壓電性。同時(shí)，它也是一種鐵電材料，具有極性結構，可以通過(guò)外部電壓使極性旋轉180度。

研究人員表示，包括PVDF在內的所有塑料都含有聚合物，這些巨型分子通常由數千個(gè)化學(xué)結構單元組成。他們精確合成了僅包含3到7個(gè)偏二氟乙烯單元的微型聚合物。有趣的是，具有4、5或6個(gè)單元的微型片段受到自然界中蛋白質(zhì)中存在的β-折疊結構的支配，會(huì )組織成穩定的鐵電相。

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

經(jīng)過(guò)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，這種新型軟材料可用于低功耗、節能的微型存儲芯片、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(lèi)似貼紙的醫療植入物。在可穿戴設備中，電子設備通常通過(guò)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。