丝瓜络也能发电

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，包括高分子材料、生物材料、陶瓷材料、半导体等。但是，柔性材料的挠曲电响应通常比较微弱提高材料的挠曲电输出从而实现大规模应用是一个广受关注的前沿性课题。

为了突破这一局限，北航研究团队首次建立了多孔微结构材料挠曲电效应的理论模型，设计并实现了柔性多孔材料的超高挠曲电输出，系统地揭示了多孔材料挠曲电效应的力学和物理规律。基于理论指导设计了一种分层扭转的多孔柔性聚合物复合材料，实现了在载荷作用下挠曲电输出比基体材料高10000倍，发明了应变梯度发电机，可为手机、蓝牙耳机等供电，展示了柔性多孔材料优异的力-电耦合性能及其在俘能、传感等领域的应用潜力。

研发团队发现了天然多孔材料一植物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，实现了具有最高比密度等效压电系数的优异性能，展示了这种天然生物材料作为绿色环保的柔性发电机及其他智能器件的应用实例和前景。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。

丝瓜络展现出优异的力-电耦合性能，其挠曲电电流随宏观载荷的周期变化而实时输出，且信号峰值稳定，比质量挠曲电流超过人造复合材料海绵的4.5倍。与目前文献中报道的典型的压电材料比，丝瓜络具有最高的比密度等效压电系数，该系数超过常见压电材料-PVDF的50倍、是PZT的10倍。研发团队还展示了丝瓜络作为绿色智能传感器，用于检测机械变形、传感压力，识别声音/音节等;同时，也可以作为应变梯度发电机，经过对60x20x6mm3的丝瓜络按压几分钟后，其将机械能转换为电能，输出挠曲电流点亮了6个LED。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。