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软质电活性材料像电池一样储能

文摘 2024-10-11 23:20 江苏

10月9日发表在《自然》杂志上的一篇论文称，美国西北大学材料科学家利用肽和塑料中大分子的片段，开发出一种由微小、灵活的纳米级丝带组成的材料。这种柔软、可持续的电活性材料有望为医疗、可穿戴和人机界面设备提供新的应用可能性。

这种材料可以像电池一样充电，用于储存能量或记录数字信息。它还具有高效节能、生物相容性好以及由可持续材料制成等优点，有望催生出新型超轻电子设备，同时减少电子产品的制造和处置对环境的影响。

新材料的秘密在于肽两亲分子。这些分子包含肽和脂质片段，当置于水中时，其脂质片段会驱动分子自组装。

研究人员用聚偏氟乙烯（PVDF）塑料的微型分子片段替换了脂质尾部，但保留了包含氨基酸序列的肽片段。PVDF常用于音频和声呐技术，是一种具有特殊电性能的塑料。它在受压或挤压时可以产生电信号，这种特性被称为压电性。同时，它也是一种铁电材料，具有极性结构，可以通过外部电压使极性旋转180度。

研究人员表示，包括PVDF在内的所有塑料都含有聚合物，这些巨型分子通常由数千个化学结构单元组成。他们精确合成了仅包含3到7个偏二氟乙烯单元的微型聚合物。有趣的是，具有4、5或6个单元的微型片段受到自然界中蛋白质中存在的β-折叠结构的支配，会组织成稳定的铁电相。

这种新材料不仅具有与PVDF相同的铁电性和压电性，而且其电活性稳定，能够使用极低的外部电压切换极性。

经过进一步开发，这种新型软材料可用于低功耗、节能的微型存储芯片、传感器和储能单元。还可以将其集成到编织纤维中，制造出智能织物或类似贴纸的医疗植入物。在可穿戴设备中，电子设备通常通过腕带笨拙地固定在人体上，有了这种新材料，腕带本身就具备了电子功能。

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