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5月4日，上海交通大學王如竹教授在Science上以“Sustainable cooling with water generation：Dual-use devices offer a different path for more sustainable living”為題發表了展望性文章。

文章指出：預計到2050年，與冷卻相關的溫室氣體排放量將增加五倍，為了滿足這些需求，需要高效冷卻的替代方法。作者從能源-空氣-水之間聯系的方向出發，重點分析了現有的炎熱干燥區域與實現空氣溫度-濕度調控的挑戰。

基于之前的研究，研究人員通過吸附空氣取水、熱泵和輻射制冷技術等技術，設計出了一種用于炎熱干旱地區的能夠兼具可持續冷卻和淡水收集的雙功能設計思路。

5月12日，上海交通大學錢小石教授和美國賓夕法尼亞州立大學章啟明教授等人再次發表了關于鐵電方面的重要綜述性文章。

聚合物鐵電體因其具有高柔韌性、易于制造成復雜形狀、機械堅固性和極性活性而被廣泛應用。

早在20世紀70年代，聚合物中的鐵電在聚偏氟乙烯（PVDF）中被發現，它已經成為電、機械和熱能之間的交叉平臺，這種鐵電軟材料及其極性活性衍生物響應一般力（機械應力或溫度變化）而經歷電極化的變化，反之亦然，從而實現一系列物理效應，包括壓電和電致伸縮、電熱量和熱釋電，以及各種介電和鐵電效應。

這些多功能聚合物材料適用于應用于人機界面的便攜式、小型化和可穿戴電活性器件中的許多不同應用，其易于加工成薄、輕、堅韌和柔韌的薄膜和纖維。

由于在單體、大分子和形態結構水平上容易調整和控制極化過程的缺陷，大大促進了基于這些極性軟材料的實際應用的發展，聚合物鐵電體在機電耦合效率、電致伸縮應變、電熱量泵能力和壽命方面表現出顯著的提高。

再加上在50 MV/m的低電場下漸進式4%的電致伸縮應變，這一進步代表了在開發高效的可穿戴感官和觸覺設備以及軟機器人方面向前邁出的一步。

此外，氟化炔烴（FA）改性弛豫鐵電四聚物的壓電和機電耦合因子首次超過目前世界上使用最廣泛的壓電陶瓷鋯鈦酸鉛（PZT）壓電陶瓷。

在此，上海交通大學錢小石教授和美國賓夕法尼亞州立大學章啟明教授等人總結了介紹了含氟聚合物鐵電體的最新進展、其高能交叉耦合效應以及新興技術，包括可穿戴、高效的機電致動器和傳感器、電制冷和介電器件。

研究表明，通過簡單的缺陷偏置，極化場相互作用的分子和納米結構操縱可以引入物理效應的增強，從而能夠實現用于新興沉浸式虛擬世界的多感官和多功能可穿戴設備和可持續未來的智能系統。

相關文章以“Three-dimensional inhomogeneity of zeolite structure and composition revealed by electron ptychography”為題發表在Science。

了解并定制聚合物鐵電體的結構和極化響應以獲得各自的功能對于這些聚合物體系的開發至關重要。鑒于其豐富的基礎化學性質，FA改性的弛豫鐵電聚合物可能仍處于起步階段，分子尺度上的缺陷修飾提供了大量方法來根據需要操縱極性結構和場誘導相變。

考慮到可以選擇的單體和納米級外在夾雜物的大量存在，聚合物鐵電體中的缺陷改性在很大程度上仍未得到探索，并且為綠色，智能和元生活方式做出了巨大貢獻。通過利用目前可用的先進原位表征和模擬工具，將進一步識別和理解每個功能在多個尺度上的極化機制和過程。

此外，對于不同的交叉耦合和相關應用，應微調材料以展示其各自的優化性能集合。應該解決以下共同的挑戰，包括實現低場操作、長壽命、集成和大規模生產的可行策略等。考慮到聚合物薄膜、多層電容器、纖維和織物的商用工藝，這些柔性鐵電體有望在觸覺、感官和機器人應用中發揮關鍵作用。

鐵電材料是目前應用最廣泛的材料系統之一，并且正不斷產生具有更高效率的改進功能。基于聚偏氟乙烯（PVDF）的聚合物鐵電體的進步為需要便攜、輕便、可穿戴和耐用功能的應用提供了彎曲、耦合高效和多功能材料平臺。

圖1. 聚合物鐵電體的基本機理

圖2.?使用PVDF基聚合物的電磁應用的進展

圖3.?使用PVDF基聚合物的EC冷卻技術的進展

圖4.?PVDF基聚合物的先進介電應用

總之，經過數十年的聚合物鐵電體研究和開發，聚合物電介質和聚合物鐵電體在分子尺度、納米尺度和介尺度上的極化過程仍存在許多未知數，考慮到聚合物分子構建和納米和介尺度結構的豐富聚合物化學性質以及易于制造，這為未來的研究和開發提供了巨大的機遇。

與廣泛應用的無機鐵電體相比，經過五十多年的研究，基于PVDF的鐵電體仍然是在許多應用中成功使用的唯一聚合物鐵電體。盡管在許多其他聚合物中觀察到鐵電性，但低EM耦合和對環境濕度敏感的電活性特性阻礙了它們的實際使用。

利用PVDF基聚合物的豐富極化過程及其底層分子結構，納米結構和介觀結構的活性聚合物研究有可能發現和開發下一代聚合物鐵電體，這些聚合物電體可以在更高的溫度下操作，并產生高電活性耦合，可與PVDF基聚合物甚至無機鐵電體相媲美。

文獻信息

Xiaoshi Qian?, Xin Chen?, Lei Zhu, Q. M. Zhang*,?Fluoropolymer ferroelectrics: Multifunctional

platform for polar-structured energy conversion, Science, https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg0902

原創文章，作者：Gloria，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2023/10/15/79767f9c36/

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