這種不含氟的革命性塑料為醫(yī)療傳感器、VR技術(shù)等提供了可調(diào)特性。

在邁向更清潔電子產(chǎn)品的重大一步中，凱斯西儲(chǔ)大學(xué)（Case Western Reserve University）的科學(xué)家們創(chuàng)造了一種新型塑料，有望取代可穿戴設(shè)備、傳感器等產(chǎn)品中使用的環(huán)境有害材料。

這種材料是一種無(wú)氟鐵電聚合物。與電子設(shè)備中使用的傳統(tǒng)塑料不同，它不依賴聚偏氟乙烯（PVDF） —— 一種已知會(huì)在環(huán)境中持久存在并被歸類為“永久性化學(xué)物質(zhì)”的物質(zhì)。

由凱斯工程學(xué)院大分子科學(xué)與工程系教授朱磊（音譯）領(lǐng)導(dǎo)的研究人員表示，這是一項(xiàng)首創(chuàng)性的創(chuàng)新。

“這種材料產(chǎn)生其電學(xué)特性的方式也是全新的，”朱磊說(shuō)。“與目前的鐵電材料不同，它不需要結(jié)晶來(lái)鎖定賦予其電學(xué)特性的極性。”

無(wú)氟且柔韌

鐵電材料具有“自發(fā)極化”特性，這意味著它們的電荷可以通過(guò)電場(chǎng)進(jìn)行開(kāi)關(guān)。這一特性對(duì)于下一代電子產(chǎn)品至關(guān)重要。但目前大多數(shù)鐵電材料是基于陶瓷的，既脆又不靈活。

聚合物在此具有優(yōu)勢(shì)。它們質(zhì)輕、柔軟且有彈性，非常理想地適合與人體集成。朱磊的新型聚合物在提供這些優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，還避免了PVDF中的有毒成分 —— 氟。

“我們目前仍處于合成少量樣品并研究其特性的開(kāi)發(fā)階段，”朱磊說(shuō)。“但我們對(duì)其在傳感器和探測(cè)器中替代環(huán)境有害塑料的潛力感到興奮。”

該聚合物的化學(xué)設(shè)計(jì)還改善了加工性能，使其更容易制成薄膜或涂層。這可能會(huì)加速其在多個(gè)電子領(lǐng)域的應(yīng)用，特別是在那些旨在減少?gòu)U物和毒性的領(lǐng)域。

這種新型聚合物的可調(diào)電學(xué)特性使其能夠應(yīng)用于從紅外探測(cè)器到超聲設(shè)備等一系列領(lǐng)域。由于該材料在聲學(xué)上與生物組織相容，因此在醫(yī)療傳感器和診斷工具方面前景廣闊。

其彈性也使其適用于下一代增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）和虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）眼鏡，這類設(shè)備正需要柔軟靈活的電子元件。

這項(xiàng)創(chuàng)新來(lái)得正是時(shí)候，因?yàn)楣こ處焸冋趯で罂沙掷m(xù)的替代品，以取代由剛性、不可回收材料主導(dǎo)的行業(yè)現(xiàn)狀。盡管朱磊的團(tuán)隊(duì)仍在改進(jìn)該材料的電學(xué)和彈性特性，但其環(huán)保設(shè)計(jì)已經(jīng)引發(fā)了廣泛關(guān)注。

多年研究支撐

這項(xiàng)研究得到了2017年授予的一項(xiàng)美國(guó)能源部資助的支持。盡管資助已于2022年結(jié)束，但朱磊及其合作者繼續(xù)了他們的工作。

“當(dāng)資助經(jīng)費(fèi)到期時(shí)……我們繼續(xù)研究它，直到最終取得突破，”朱磊說(shuō)。

通過(guò)摒棄有害的氟化化合物并提供一種靈活、可擴(kuò)展的材料，朱磊的團(tuán)隊(duì)希望為電子聚合物開(kāi)啟一個(gè)更環(huán)保的新篇章。他們的目標(biāo)是建設(shè)一個(gè)電子產(chǎn)品不僅更智能、而且對(duì)地球更安全的未來(lái)。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《科學(xué)》期刊上，該技術(shù)目前專利正在申請(qǐng)中。

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