通过乙醇辅助冷冻铸造技术，在软质铅锆钛酸盐/聚二甲基硅氧烷复合材料中实现了超高的压电性能

《Nature Communications》：Ultrahigh piezoelectric performances in soft lead zirconate titanate/polydimethylsiloxane composites by ethanol-assisted freeze casting

　　

摘要

能够将机械信号转化为电信号的柔性材料是可穿戴系统、软体机器人技术以及水下传感技术进步的基础。陶瓷-聚合物压电复合材料兼具高机电活性和良好的机械柔顺性，但控制其相分布和微观结构仍然具有挑战性。本文介绍了一种基于乙醇辅助的冷冻铸造方法，该方法使软质锆钛酸铅/聚二甲基硅氧烷复合材料具有各向异性的微观结构，从而实现了优异的压电性能和机械变形能力。该复合材料具有高达275 pC·N^?1的压电电荷系数、233 mV·m·N^?1的压电电压系数以及64.1 pm²·N^?1的能量采集效率。此外，这些复合材料还表现出出色的机械柔韧性，能够承受半径小于5 mm的弯曲、扭转、压缩变形以及高达60%的拉伸应变。乙醇辅助的制备工艺有效抑制了冷冻过程中产生的裂纹，并提高了材料的成分均匀性。这种方法为制造高性能柔性压电复合材料提供了可扩展且实用的技术途径，适用于下一代传感技术的发展。