我校纺织科学与工程学院王闻宇副教授和林童教授（澳大利亚迪肯大学）课题组长期致力于能源纤维研究，成功构筑高性能聚丙烯腈纳米纤维压电材料，其研究成果先后于2019，2020年在Nano Energy杂志上发表。近期，课题组在前期工作基础上，进一步针对其超高温下压电性能进行了系统研究并取得了进展，相关成果以“High-temperature Piezoelectric Conversion using Thermally Stabilized Electrospun Polyacrylonitrile Membranes”为题，在国际期刊《Journal of Materials Chemical A》（影响因子为12.7）上发表，研究成果被推荐为该杂志最近一期的封面报道，王闻宇副教授与纺织科学与工程学院的博士生郑意德为该论文的共同第一作者。



随着人类向太空、海洋、地下等极端高温环境的拓展，对功能材料在高温环境下的正常使用提出了更高的要求。特别是在耐高温防护服中所佩戴的压电传感器，不仅具有耐高温特性，同时具有很好的柔性。与传统的压电材料（陶瓷、单晶）相比，压电聚合物具有密度低、阻抗低、柔性好、可以任意形状的大面积制备等优点。然而，聚合物压电材料的工作温度相对较低（低于140 ℃），不能在高温环境下工作。因此，超高温柔性压电聚合物作为极端条件电磁能装备颠覆性新材料的探索与研究，已经成为国家重大战略需求下的基础科学重大研究方向之一。



针对压电聚合物材料的技术瓶颈，课题组巧妙地从聚丙烯腈分子结构进行设计和调控，通过预氧化和去氢成环等一系列化学反应，控制反应进程，形成梯形分子结构，并将偶极性的分子基团定向地锁入梯形分子结构中，使聚合物不仅具有耐高温的特性，同时具有很高的压电特性，给高温环境下聚合物压电材料的设计和运用带来了曙光。相关测试表明，与常规压电聚合物材料相比，该材料从常温至550 ℃的超高温环境范围下，依然能够产生稳定的电压输出（输出电压最高可达62 V），输出功率密度达264 W/m²，所产生的电能可以直接用于驱动微电子器件和储电元件中。
课题组在压电聚合物的分子结构设计理念，为超高温柔性压电聚合物在极端高温环境下，耐高温柔性压电器件、柔性压电传感器的进一步应用成为了可能，对新型结构的超高温压电聚合物材料设计具有开创性的意义。该研究工作得到了天津市自然科学基金重点项目和天津工业大学纤维培育基金项目的支持。（审稿：纺织科学与工程学院 刘雍 编辑：宣传部 李焕峰）
图片来源：纺织科学与工程学院
论文链接：https://doi.org/10.1039/D1TA04400A