小鸭看看

随着可穿戴电子、生物医学传感器的快速发展，对兼具高输出功率密度、环境友好性和柔性的压电材料提出了迫切需求。近年来，无金属分子铁电体因全有机组成、结构可调和良好生物相容性成为新兴的柔性压电材料，但其压电输出性能普遍较低，如何突破性能瓶颈成为该领域的关键科学挑战。

针对上述问题，小鸭看看 蓝色能源研究团队联合清华大学、南方科技大学，在高性能无金属分子铁电材料及柔性能量采集器件方面取得重要进展。研究团队提出甲基化辅助扩环的分子设计策略，开发出新型无金属分子铁电体，实现了无金属体系压电性能的显著突破，并构筑了高功率密度的柔性多孔复合器件。研究团队设计合成了新型超分子铁电体 [(CH₃C₆H₁₀NH₃)(18-crown-6)][ClO₄]。通过甲基取代调控分子偶极矩与晶体堆积方式，有效提升了晶体极性与热稳定性，其居里温度较未甲基化参照体系提升 54 K，饱和极化强度达 13.81 μC/cm²，为目前超分子配合物铁电体中的最高值。结合单晶结构解析、光谱表征与压电性能测试，研究进一步阐明了甲基化修饰提升铁电极化与压电响应的内在机制。该材料室温下纵向压电系数 d₃₃达 67.42 ± 1.87 pC/N，压电电压系数 g₃₃约为 2768.9×10^-3 V・m/N，压电优值达 1.87×10^-10 m²/N，综合性能超越绝大多数已报道的无金属分子铁电体。在此基础上，研究团队将铁电晶体与热塑性聚氨酯复合制备多孔结构器件，利用多孔网络的应力传递优势进一步提升机电转换效率：在 150 N、1.7 Hz 机械激励下，器件开路电压达 120 V，功率密度达 432.1 μW/cm²，刷新了无金属分子压电材料的输出性能纪录。器件同时具备优异的长期稳定性，室温环境放置 8 个月后性能无明显衰减。此外，该多孔复合器件可有效响应水下超声激励，输出稳定的电压信号，展现出在自供电水下传感网络中的应用前景。

该成果以 "A Metal-Free Molecular Ferroelectric With Large Piezoelectricity and Its Porous Composite for Superior Output Power Density" 为题，发表于国际知名学术期刊《Advanced Science》（IF=14）。小鸭看看 为论文第一单位。

论文作者：陈楠（博）、魏文娟、叶乐、万玲玉（通讯作者）、魏文娟（通讯作者）、危岩（通讯作者）。

论文链接：//doi.org/10.1002/advs.202524032