丝瓜络也能做成智能器件
科技日报讯 （记者王怡）10月22日，记者从北京航空航天大学获悉，该校航空学院邵丽华教授与北京大学王建祥教授以及美国休斯顿大学研究团队合作，在天然生物材料——多孔丝瓜络的巨挠曲电效应的启发下，提出了一种将多孔生物材料应用于绿色环保柔性发电机及其他智能器件的新策略。相关研究成果发表在《美国科学院院报》上。
据了解，具有力—电耦合效应的柔性材料，在受到机械刺激或电场作用时能够实现电信号和变形之间的相互转换，在软体机器人、人工肌肉、生物医学等领域具有广泛的应用前景。挠曲电效应指的是非均匀变形（如弯曲）引起材料极化，即正负电荷中心的分离，进而产生电压。挠曲电效应作为一种常见的力—电耦合效应，不受材料对称性限制，存在于所有的电介质中。但是柔性材料的挠曲电输出低，因此如何提高柔性材料的挠曲电输出是该领域的前沿性课题。
研究团队发现了天然多孔材料——丝瓜络的巨挠曲电效应，建立了力—电耦合模型，揭示了其力—电耦合机制。通常柔性材料的挠曲电效应比较弱，丝瓜络属柔性材料，但其挠曲电效应较好。
研究人员介绍，丝瓜络具有类似海绵的形貌，其内部呈现出不同尺度的二级孔隙结构。一级结构由丝瓜络韧带交织的宏观多孔组织构成，另一级是由丝瓜络韧带内部的蜂窝状管束组成的微观通孔结构。这种特殊的二级多孔结构赋予了丝瓜络轻质、小尺寸的微结构易产生高应变梯度的特性，为巨挠曲电响应提供了有利条件。研究人员表示，作为绿色、环保、产量大且价格低廉的天然材料，丝瓜络优异的力—电响应性能使其具有作为智能器件应用的巨大潜力。