新型塑料柔韧如橡胶、驱动电子设备且可清洁降解

这种不含氟的革命性塑料为医疗传感器、VR技术等提供了可调特性。

在迈向更清洁电子产品的重大一步中，凯斯西储大学（Case Western Reserve University）的科学家们创造了一种新型塑料，有望取代可穿戴设备、传感器等产品中使用的环境有害材料。

这种材料是一种无氟铁电聚合物。与电子设备中使用的传统塑料不同，它不依赖聚偏氟乙烯（PVDF） —— 一种已知会在环境中持久存在并被归类为“永久性化学物质”的物质。

由凯斯工程学院大分子科学与工程系教授朱磊（音译）领导的研究人员表示，这是一项首创性的创新。

“这种材料产生其电学特性的方式也是全新的，”朱磊说。“与目前的铁电材料不同，它不需要结晶来锁定赋予其电学特性的极性。”

无氟且柔韧

铁电材料具有“自发极化”特性，这意味着它们的电荷可以通过电场进行开关。这一特性对于下一代电子产品至关重要。但目前大多数铁电材料是基于陶瓷的，既脆又不灵活。

聚合物在此具有优势。它们质轻、柔软且有弹性，非常理想地适合与人体集成。朱磊的新型聚合物在提供这些优点的同时，还避免了PVDF中的有毒成分 —— 氟。

“我们目前仍处于合成少量样品并研究其特性的开发阶段，”朱磊说。“但我们对其在传感器和探测器中替代环境有害塑料的潜力感到兴奋。”

该聚合物的化学设计还改善了加工性能，使其更容易制成薄膜或涂层。这可能会加速其在多个电子领域的应用，特别是在那些旨在减少废物和毒性的领域。

这种新型聚合物的可调电学特性使其能够应用于从红外探测器到超声设备等一系列领域。由于该材料在声学上与生物组织相容，因此在医疗传感器和诊断工具方面前景广阔。

其弹性也使其适用于下一代增强现实（AR）和虚拟现实（VR）眼镜，这类设备正需要柔软灵活的电子元件。

这项创新来得正是时候，因为工程师们正在寻求可持续的替代品，以取代由刚性、不可回收材料主导的行业现状。尽管朱磊的团队仍在改进该材料的电学和弹性特性，但其环保设计已经引发了广泛关注。

多年研究支撑

这项研究得到了2017年授予的一项美国能源部资助的支持。尽管资助已于2022年结束，但朱磊及其合作者继续了他们的工作。

“当资助经费到期时……我们继续研究它，直到最终取得突破，”朱磊说。

通过摒弃有害的氟化化合物并提供一种灵活、可扩展的材料，朱磊的团队希望为电子聚合物开启一个更环保的新篇章。他们的目标是建设一个电子产品不仅更智能、而且对地球更安全的未来。

相关研究成果发表在《科学》期刊上，该技术目前专利正在申请中。

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