某些材料可以耦合电气和机械特性这可能会导致惊人的效果梁心颐

某些材料可以耦合电气和机械特性-这可能会导致惊人的效果

在某些材料中，电气和机械效果紧密相关：例如，当施加电场时，材料可能会改变其形状，或者相反，当材料变形时可能会产生电场。这种机电活性材料对于许多技术应用而言非常重要。

通常，这种材料是特殊的无机晶体，它们坚硬且易碎由于这个原因，现在使用所谓的铁电聚合物。它们的特征在于它们的聚合物链同时存在于两个不同的微观结构中：一些区域是有序的区域，而无序区域则在两者之间形成。

这些半结晶复合材料具有机电活性，因此兼具电气和机械作用，但同时又具有柔韧性和柔软性。在维也纳工业大学，现在已经对这种材料进行了详细研究-令人惊讶的结果：在一定温度下，性能发生了巨大变化。维也纳工业大学的研究小组与马德里和伦敦的研究小组合作，现在已经能够解释为什么会发生这种情况。

从微传感器到智能纺织品

TU Wien传感器与执行器系统研究所的Ulrich Schmid教授说：“例如，如果您可以借助电场来控制材料的机械性能，则可以使用它来构建微型传感器。” “这对于原子力显微镜也很有趣，您可以在振动中设置一个微小的尖端来扫描表面并生成图像。”

如果有可能不仅在刚性材料中而且在柔性的软材料中都诱发这样的机电性能，则可以极大地扩展这种材料的应用领域。一方面，柔性材料具有完全不同的振动特性，可以在微型传感器的构造中加以利用。另一方面，此类材料还开辟了全新的可能性-例如智能纺织品，柔性储能或用于集成式能量收集。

乔纳斯·哈夫纳解释说：“固体可以是结晶的，在这种情况下原子以规则的晶格排列，或者它们可以是无定形的，在这种情况下单个原子是随机分布的。”论文。“关于我们研究的材料的特殊之处在于，它们可以同时存在：它形成晶体区域，而材料之间是非晶态。”

晶体负责材料的机电性能，无定形基体将细小的晶体保持在一起，从而总体上形成了一种非常柔软，柔软的材料。

热量太多

为了能够进一步开发和改进此类材料，研究团队首先研究了它们的基本物理性质。在研究过程中，他们遇到了一个令人惊讶的现象：由结晶区和非晶区组成的铁电聚合物会在一定温度下改变其微观组成-这对宏观机电行为产生了令人惊讶的影响。

通常，只有当很高的温度在原子级上引起如此大的振荡时，材料的机电性能才会消失，从而使材料中的电序完全消失。该临界温度称为“居里温度”。但就目前正在研究的材料而言，情况就更加复杂了：“在我们的情况下，微小晶体的机电性能仍然存在。从微观上讲，晶体仍具有电活性，但从宏观上看，这种电活性消失了。”乔纳斯·哈夫纳说。

晶粒之间失去接触

研究小组能够解释这种影响是如何发生的：随着温度的升高，聚合物无定形区域的比例增加，并且在某个点上，微小的晶体彼此之间失去直接接触。这意味着机械力不再能够从一个微小的晶体传递到另一个，因为它们都完全嵌入了阻尼非晶态矩阵中。这极大地改变了材料的机械和机电性能。

Ulrich Schmid说：“只有了解了这些基本作用，我们才能解释这种材料的微观和宏观特性之间的关系。” “我们正在与众多项目合作伙伴合作，然后他们在原子力显微镜，传感器，芯片中使用这种材料。这种令人兴奋的材料阶段具有许多潜在的应用。”

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