電(dian)介(jie)質(zhi)儲能(neng)、壓電(dian)催化、介(jie)電(dian)彈性(xing)體、多(duo)鐵(tie)材(cai)料等研(yan)究進展(zhan)匯總(zong)

     高性能(neng)介(jie)電(dian)電(dian)容器(qi)對(dui)於*電(dian)子和(he)電(dian)力系統至關重(zhong)要。聚(ju)合物(wu)介(jie)電(dian)材(cai)料由(you)於具(ju)有(you)高(gao)介(jie)電(dian)常數(shu)、柔韌(ren)性好(hao)、低密度(du)、易(yi)加(jia)工等優(you)點(dian)，在介(jie)質(zhi)電(dian)容器(qi)中得(de)到了廣(guang)泛的(de)應用(yong)。然而(er)，如何(he)同時提高這些(xie)介(jie)電(dian)聚(ju)合物(wu)的(de)能(neng)量(liang)密度(du)和(he)效(xiao)率(lv)仍(reng)然(ran)是壹個挑戰(zhan)。近(jin)日(ri)，武漢(han)理(li)工大學(xue)張(zhang)鑫研(yan)究(jiu)員與(yu)清(qing)華(hua)大(da)學(xue)南策文院士等人(ren)合作(zuo)，提出了壹種簡便(bian)和(he)可擴(kuo)展(zhan)的(de)增(zeng)材(cai)制(zhi)造(zao)方法(fa)，通過調節(jie)聚(ju)甲基丙(bing)烯(xi)酸甲酯(zhi)組(zu)分(fen)的(de)空間(jian)分(fen)布(bu)，制(zhi)備(bei)了壹種具(ju)有(you)連(lian)續梯度(du)結(jie)構(gou)的(de)鐵(tie)電(dian)聚(ju)偏二(er)氟乙(yi)烯(xi)基全(quan)有(you)機(ji)介(jie)電(dian)聚(ju)合物(wu)薄(bo)膜(mo)。在全有(you)機(ji)介(jie)電(dian)聚(ju)合物(wu)薄(bo)膜(mo)中，連(lian)續的(de)面外組成(cheng)梯度(du)可以(yi)調(tiao)節(jie)電(dian)學和(he)力學(xue)行為，從(cong)而通過調節(jie)與(yu)局部電(dian)場(chang)和(he)應力耦合相(xiang)關的(de)機(ji)電(dian)擊(ji)穿過程，顯著提高擊(ji)穿強(qiang)度(du)。在電(dian)場(chang)強(qiang)度(du)為800 kV mm⁻¹時，梯(ti)度(du)聚(ju)合物(wu)薄(bo)膜(mo)的(de)超高放(fang)電(dian)能(neng)量(liang)密度(du)為38.8 J cm⁻³，放電(dian)效率(lv)為>80%，這是迄今為止報道(dao)的(de)最(zui)高(gao)能(neng)量(liang)密度(du)。相(xiang)關工作以(yi)“Ultrahigh Energy Density in Continuously Gradient-Structured All-Organic Dielectric Polymer Films"為題發(fa)表(biao)在最新(xin)壹期的(de)《Advanced Functional Materials》。

同(tong)濟大學AM：通過無公度反(fan)鐵(tie)電(dian)相的(de)可調疇變(bian)特(te)性(xing)實(shi)現高儲能(neng)反鐵(tie)電(dian)陶(tao)瓷(ci)

近(jin)日(ri)，同(tong)濟大學翟(zhai)繼衛(wei)教授(shou)課題組針對(dui)反鐵(tie)電(dian)無公度相(xiang)進(jin)行調制(zhi)，設(she)計(ji)了由(you)La³⁺摻雜(za)誘導的(de)室(shi)溫(wen)無(wu)公度反(fan)鐵(tie)電(dian)相，通過少(shao)量(liang)添加(jia)Cd²⁺以(yi)增(zeng)強(qiang)燒(shao)結(jie)特(te)性(xing)並(bing)優化微觀結(jie)構(gou)，制(zhi)備(bei)了高性(xing)能(neng)(Pb_0.91-xCd_xLa_0.06)(Zr_0.6Sn_0.4)O₃反(fan)鐵(tie)電(dian)陶(tao)瓷(ci)。當(dang)Cd²⁺僅為0.03時具(ju)有(you)超高儲(chu)能(neng)性能(neng)，870 kV·cm^-1高場(chang)下，儲(chu)能(neng)密度(du)W_rec高(gao)達(da)~19.3 J·cm^-3，儲能(neng)效率(lv)η保持(chi)在~91%。同時(shi)，放(fang)電(dian)能(neng)量(liang)密度(du)可達(da)~15.4 J·cm^-3。原(yuan)位測(ce)試表(biao)明，PbZrO₃基反(fan)鐵(tie)電(dian)陶(tao)瓷(ci)優(you)異(yi)的(de)儲(chu)能(neng)性能(neng)源(yuan)於(yu)無(wu)公度反(fan)鐵(tie)電(dian)相到(dao)弛豫鐵(tie)電(dian)相的(de)特(te)殊(shu)相變(bian)。該(gai)工作以(yi)"Tunable Domain Switching Features of the Incommensurate Antiferroelectric Ceramics Realizing Excellent Energy Storage Properties"為題發(fa)表(biao)在 Advanced Materials 期刊(kan)上。

南昌(chang)大(da)學(xue)國(guo)際有(you)序物(wu)質(zhi)科(ke)學(xue)研(yan)究(jiu)院艾勇教授(shou)、熊仁根教授(shou)課題組：含鉻(ge)(Ⅱ)的(de)二(er)維有(you)機(ji)-無機雜(za)化鈣(gai)鈦(tai)礦多鐵(tie)材(cai)料

鈣(gai)鈦(tai)礦材(cai)料由(you)於其(qi)豐(feng)富的(de)電(dian)學、磁(ci)學、光(guang)電(dian)學特(te)性(xing)，在過去(qu)的(de)幾十年(nian)裏(li)引起了人們(men)廣(guang)泛的(de)關註(zhu)。其(qi)中，多(duo)鐵(tie)鈣(gai)鈦(tai)礦具有(you)多(duo)種鐵(tie)性（鐵(tie)電(dian)性、鐵(tie)彈性和(he)鐵(tie)磁(ci)性），是壹種重(zhong)要的(de)電(dian)子材(cai)料，應用(yong)領域(yu)十(shi)分(fen)廣(guang)泛，包括非(fei)易失性(xing)存(cun)儲器(qi)、超聲(sheng)波(bo)探(tan)測(ce)器(qi)、壓電(dian)傳(chuan)感器(qi)和(he)二(er)階(jie)非(fei)線性開(kai)關等。以(yi)往(wang)多(duo)鐵(tie)材(cai)料的(de)研(yan)究(jiu)以(yi)無(wu)機(ji)氧(yang)化物鈣(gai)鈦(tai)礦為主，如(ru)BiFeO₃、BiMnO₃和(he)TbMnO₃等，這類(lei)材(cai)料通常具(ju)有(you)鐵(tie)電(dian)性和(he)鐵(tie)磁(ci)性的(de)特(te)征(zheng)。近(jin)年(nian)來(lai)，有(you)機(ji)-無機雜(za)化分(fen)子基材(cai)料由(you)於其(qi)結(jie)構(gou)可調性、薄(bo)膜(mo)器(qi)件易(yi)於(yu)制(zhi)備(bei)和(he)加(jia)工的(de)原(yuan)因，被視為傳(chuan)統無(wu)機(ji)材(cai)料的(de)重(zhong)要補充(chong)，受到了國(guo)內(nei)外的(de)廣(guang)泛關註(zhu)。近(jin)日(ri)，南昌(chang)大(da)學(xue)國(guo)際有(you)序物(wu)質(zhi)科(ke)學(xue)研(yan)究(jiu)院艾勇教授(shou)、熊仁根教授(shou)課題組報道(dao)了含鉻(ge)(Ⅱ)的(de)二(er)維有(you)機(ji)-無機雜(za)化鈣(gai)鈦(tai)礦多鐵(tie)材(cai)料，即，[DFCBA]₂CrCl₄。研(yan)究表(biao)明，在387 K的(de)溫(wen)度(du)下，[CrCl₆]八面體的(de)畸(ji)變(bian)和(he)[DFCBA]⁺的(de)有(you)序-無(wu)序運動觸(chu)發(fa)了[DFCBA]₂CrCl₄的(de)順(shun)電(dian)-鐵(tie)電(dian)轉變；無機陰(yin)離(li)子層(ceng)中Cr²⁺離(li)子之間(jian)的(de)鐵(tie)磁(ci)耦合使其在居裏(li)溫度(du)32.6 K下變(bian)為鐵(tie)磁(ci)體。

西(xi)安交(jiao)大張(zhang)誌成教授(shou)團(tuan)隊(dui)Chem. Eng. J.：在介(jie)電(dian)彈性(xing)體類(lei)人工肌(ji)肉材(cai)料中取(qu)得新(xin)進(jin)展(zhan)

近(jin)日(ri)，西安(an)交(jiao)通大(da)學(xue)化學學(xue)院張(zhang)誌成教授(shou)團(tuan)隊(dui)通過對(dui)分(fen)子結(jie)構(gou)設計(ji)，得(de)到了具有(you)較(jiao)大介(jie)電(dian)常數(shu)（11.2）和(he)高(gao)擊(ji)穿場(chang)強(qiang)的(de)新(xin)型聚(ju)氯乙(yi)烯(xi)基介(jie)電(dian)彈性(xing)體，實(shi)現了低驅動電(dian)場(chang)下的(de)大(da)應變（85 MV/m應變為-38%）。在相同(tong)電(dian)場(chang)強(qiang)度(du)下，該(gai)材(cai)料與(yu)現有(you)報道(dao)的(de)自(zi)支撐介(jie)電(dian)彈性(xing)體相(xiang)比具(ju)有(you)最(zui)大的(de)形(xing)變量(liang)。此(ci)外，通過簡單(dan)工藝(yi)制(zhi)備(bei)的(de)自(zi)支撐柔性(xing)驅動器(qi)在低驅動電(dian)壓（150 V）即可產(chan)生明顯形(xing)變。該(gai)研究成(cheng)果(guo)以(yi)Dielectric Elastomer with Excellent Electromechanical Performance by Dipole Manipulation of Poly(vinyl chloride) for Artificial Muscles under Low Driving Voltage Application 為題發(fa)表(biao)在Chem. Eng. J., 2022, 441, 13600上

浙(zhe)大(da)羅(luo)英武(wu)團隊(dui)ACS Materials Lett.：本(ben)征(zheng)各(ge)向(xiang)異(yi)性(xing)的(de)介(jie)電(dian)彈性(xing)體纖(xian)維驅動器(qi)

仿(fang)生的(de)人(ren)工肌(ji)肉驅動器(qi)已(yi)經(jing)受到了廣(guang)泛的(de)關註(zhu)。其(qi)中，介(jie)電(dian)彈性(xing)體驅動器(qi)由(you)於其(qi)變形(xing)快(kuai)速(su)且(qie)可尋址(zhi)（獨(du)立控(kong)制(zhi)）的(de)特(te)性(xing)，已成為壹種非(fei)常具(ju)有(you)前景的(de)人(ren)工肌(ji)肉技(ji)術。生物肌(ji)肉由(you)取向(xiang)的(de)柔性(xing)驅動單(dan)元(yuan)組(zu)成(cheng)，因此(ci)可以(yi)產(chan)生具有(you)方向(xiang)性的(de)線(xian)性(xing)驅動行為；而合成(cheng)彈性(xing)體通常是各(ge)向(xiang)同性(xing)的(de)，因此(ci)單(dan)層(ceng)的(de)介(jie)電(dian)彈性(xing)體驅動器(qi)通常只能(neng)輸(shu)出(chu)無(wu)方向(xiang)性的(de)平(ping)面擴(kuo)張(zhang)變形(xing)，這限制(zhi)了其實(shi)際應用(yong)。針對(dui)這壹挑戰(zhan)，浙(zhe)江(jiang)大學(xue)化工學院羅(luo)英武(wu)教授(shou)團(tuan)隊(dui)使用(yong)先前團隊(dui)報道(dao)的(de)“力熱(re)訓(xun)練(lian)"手(shou)段（Mater. Horiz., 2021, 8, 2834; Nanoscale, 2020, 12, 7514.）制(zhi)備(bei)了本征(zheng)各(ge)向(xiang)異(yi)性(xing)的(de)三嵌段共(gong)聚(ju)物彈(dan)性體（SBAS）薄(bo)膜(mo)，並(bing)通過卷繞(rao)法(fa)制(zhi)備(bei)了具有(you)阿(e)基米(mi)德螺旋多層(ceng)結(jie)構(gou)的(de)介(jie)電(dian)彈性(xing)體纖(xian)維驅動器(qi)，利用(yong)彈性(xing)體的(de)各(ge)向(xiang)異(yi)性(xing)限(xian)制(zhi)纖(xian)維驅動器(qi)的(de)徑向(xiang)變形(xing)並(bing)增(zeng)強(qiang)其(qi)軸(zhou)向(xiang)變形(xing)。理論分(fen)析和(he)實(shi)驗結(jie)果(guo)均表(biao)明，適當的(de)正(zheng)交(jiao)模量(liang)比（~2.8）即可實(shi)現顯著增(zeng)強(qiang)的(de)方向(xiang)性輸(shu)出(chu)：各(ge)向(xiang)異(yi)性(xing)纖(xian)維驅動器(qi)在900 V的(de)電(dian)壓下可以(yi)實(shi)現6%的(de)線(xian)性(xing)軸(zhou)向(xiang)驅動變形(xing)，是各(ge)向(xiang)同性(xing)纖維驅動器(qi)的(de)兩(liang)倍(bei)。由(you)於SBAS的(de)自(zi)粘(zhan)結(jie)性(xing)，各向(xiang)異(yi)性(xing)驅動器(qi)可以(yi)組(zu)裝為纖維束，這使得驅動器(qi)的(de)力可以(yi)得(de)到(dao)線(xian)性放大。更重(zhong)要的(de)是，纖(xian)維束中單(dan)根纖(xian)維的(de)獨(du)立且(qie)可編(bian)程的(de)控(kong)制(zhi)可以(yi)實(shi)現伸長(chang)、彎曲、旋轉等多(duo)種變形(xing)模式。

哈工大（深(shen)圳）李朝(chao)林(lin)、王文(wen)輝團隊(dui)ACB：壓電(dian)促進Bi2Fe4O9納(na)米(mi)片(pian)活性(xing)位(wei)點(dian)（Fe2+）再生強(qiang)化過硫酸鹽(yan)活(huo)化

近(jin)日(ri)，哈爾濱(bin)工業大(da)學（深(shen)圳(zhen)）李朝(chao)林(lin)、王文(wen)輝團隊(dui)在Applied catalysisB: Environmental上發(fa)表(biao)了題為“Piezo-promoted regeneration of Fe²⁺ boosts peroxydisulfate activation by Bi₂Fe₄O₉ nanosheets"的(de)研(yan)究(jiu)論(lun)文(DOI: 10.1016/j.apcatb.2022.121330)。論文(wen)以(yi)鐵(tie)酸鉍（Bi₂Fe₄O₉）壓電(dian)催化劑(ji)為例，闡(chan)明了壓電(dian)電(dian)子能(neng)有(you)效(xiao)促進壓電(dian)材(cai)料活(huo)性(xing)位點(dian)再生，進而(er)強(qiang)化過二硫酸鹽(yan)（PDS）活(huo)化性能(neng)的(de)機(ji)理(li)。DFT計(ji)算(suan)和(he)實(shi)驗研(yan)究(jiu)證實(shi)了鐵(tie)酸鉍納(na)米片(pian)中Fe²⁺作(zuo)為活性(xing)位(wei)點(dian)為PDS活化生成SO•− 4貢(gong)獻(xian)電(dian)子，同時(shi)壓電(dian)電(dian)子可以(yi)加(jia)速(su)Fe²⁺的(de)再(zai)生，從(cong)而獲得(de)了優異(yi)的(de)催化活性(xing)。這項(xiang)工作在原(yuan)子尺度(du)上提供了壓電(dian)催化PDS活化機理(li)的(de)認(ren)識，有(you)望(wang)促進基於(yu)壓電(dian)催化的(de)高(gao)級(ji)氧(yang)化工藝(yi)（AOPs）的(de)高(gao)效(xiao)發(fa)展(zhan)。