今年3月29日，我国科学家宣布研发出了一种新的压电材料。这可是从1880年至今，压电领域最大的一次技术突破！

这种压电材料究竟是什么？对我们的生活有什么用呢？

什么是压电效应

要想了解这种新型的压电材料，就要先知道什么是压电效应。实际上，虽然听起来很陌生，但压电效应的应用，已经渗透到了生活的方方面面。

还在19世纪，居里兄弟就研究发现，对一些晶体材料施加压力后能产生电荷。

受力方向一致，这一作用产生的形变，会在其内部生成极化现象。把施加的外力撤销以后，这一现象便不复存在。

在后来的区分和定义中，这被称之为正压电效应。相对应的肯定就会有反向的，不过在该领域的研究中，与之相对应的叫逆压电效应。

用一种不准确但比较形象的解释就是，压电效应所对应的，就好比一种信号的有效传输。

按下煤气灶的开关就会有火，或是其他一些日常生活中常用的传感器设备，其实就是压电效应的实际应用。

但是，不是任何材料都通过施加压力产生电。而且即便是能产生效应的材料，具体产生的效果和作用也有一定的差异。

所以，伴随着一个多世纪压电效应应用的，还有对压电材料的寻找和研究。

最早实验中所用的压电材料，比如电气石、罗谢尔盐、石英等材料，它们都属于天然的单晶体材料。

通过随后找到的新材料，两相对比也发现，上述的单晶体材料，其相对应产生的压电效应是比较小的。

随着寻找的范围逐渐扩大，锆钛酸铅、钛酸钡等等多晶铁电陶瓷，它们能产生更高的电压。

也就是说，在新材料的找寻和应用中，能够更高的适应反应的材料，其在实际作用中的价值更大。

目前，像锆钛酸铅压电陶瓷材料，它发现并被应用的种类很多。生活中，需要使用到的传感器设备领域，以及某些促动器，使用正是该类型材料。

具体来看，这类材料中携带的镍、铋、钕、铌等特殊的物质，可以在一定程度上优化压电和介电参数。

除此之外，多年来对压电材料的寻找和应用，对其特性也有了更明确的要求。

同时，这类型的材料要有一定的强度，并且刚度要好，因为只有强度好，才能在使用中承受更多次的按压。

在转化性能上，其产生的压电常数要不低于D33，参数要符合一定的转化性能，才能在应用中发挥更好的作用。

电性能上，该类型的材料要具备较高的电阻率和介电常数，如果达不到要求的话，加载驱动电场就有可能将其击毁。

还有一点，是要有极强的环境适应性。因为压电效应作用应用场景广泛，很多应用场景中温度湿度变化都很强烈。

在这种情况下，材料本身的综合性能表现要优异，工作时的温度范围也要尽量宽。

最后，便是使用的寿命长度和时间的稳定性。压电性能要具备长时间的稳定性，不能随着时间的变化而改变。

所以综合来看，材料本身要尽可能的符合压电性能，同时在使用中又要具备极强的适应能力。

那么，这类压电材料，目前都具体应用在了哪些方面呢？

从传感器到呼吸机

家里用的电磁炉，每天按压数次，一年按压的次数可高达数千次。小小开关的背后，就存在压电效应，并且也用到了压电材料。类似于电磁炉等家用电器，通常在开关设置上，都会应用到压电材料和压电效应。

如果使用的材料不够好的话，可能使用不了多久开关就彻底失效了。这就是为什么，需要压电材料的各项性能都要优异的缘故。

你千万别以为压电材料的应用，只能围绕日常生活进行，它在医疗设备领域的应用，也有很广泛的使用空间。

救治重症病患的呼吸机，设备上也有压电效应和压电材料的应用。

呼吸机上的关键零部件压电阀，它就是利用压电效应，能够对氧气作用于病患身上，实现极其精准的控制。压电阀的制造，就需要使用到压电陶瓷材料。

医疗设备的应用不同于日常用设备，尤其呼吸机对应的患者往往都是生命垂危的人，在使用中一方面要精准，另一方面设备工作还不能对病患造成干扰。

而呼吸机上压电阀工作启动后，它在切换模式中是保持全程静音状态的。所以说，这类压电材料的应用，其适应环境场景的能力就更严苛。

除了呼吸机，疫情期间人人都戴口罩，而口罩的生产就达到了超负荷的状态。自动化的口罩机器生产，它在高强度的工作状态下，也要使用要压电效应和压电材料。

具体的应用是在口罩的焊接，在具体的工作过程中，振荡电路连续不断输送出高频电信号，压电材料会将这一信号转化成为机械振动。

口罩生产需要运用压电材料，而在心电监测仪器中，压电材料更是其中的核心元器件。

这类超声医疗设备，借助于压电材料的综合构成，可实现对人体器官运动信息的精准捕捉。

综合来看，各类设备产品中，哪里会出现压电效应，哪里就得需要压电材料的应用，所以其应用场景相当的广泛。

也正因为如此，寻找更好的材料，就成为科研工作者始终不断在进行的工作。

新材料具备了可生物降解特性

3月底，权威期刊《科学》上，刊登了我国东南大学研究人员的一项成果。研究人员新开发的材料，具备了可生物降解的特性。

具体来看，研究人员开发出了一种有机铁电晶体材料，铁电化学和生物电子学，创造性的运用于一起。

有了这种新的材料，未来将能应用于一类特殊的医疗设备领域。这个领域，便是需要植入体内的电子器件。

医疗领域的植入式电子设备，它在工作的时候也会应用到压电效应，这样同样也需要压电材料随同设备被一起植入体内。

此前，这类设备所使用到的材料，都是常规的压电陶瓷材料以及压电聚合物材料，它们以一种异物的属性进入人体内部，既不会融合也不可降解。

一旦设备超过了使用期限，往往还需要通过手术才能将设备移除。所以对使用的患者来说，就增加了二次甚至多次的手术风险。

东南大学研究人员考虑的方向，正是将传统的压电材料与可生物降解的特性联系起来。这样一来，设备在植入体内后，随着时间的延长，能够自行降解而不会给身体造成未知影响。

可是，既要能实现压电效应，又要具备可降解的特性，这样的材料不是简简单单就能找到的。

研究人员最终通过合成，找到了一种分子铁电材料。材质整体轻量化，而且易于加工，重要的是它的压电性能以及生物相容性能都很不错。

未来这种材料作为压电材料植入体内，植入式电子器件的发展，势必将会迎来一场重大的革新。

从心脏病领域应用的起搏器，再到人工耳蜗，以及脑深层刺激手术等等，植入式设备目前在医疗领域的应用越来越广泛。

抛开设备的材料构成不谈，这些设备在进入人体内部后，又是依靠什么才能完成和外部的通联和数据传送呢？

植入式设备是如何工作的

目前植入式设备的材料，除了金属和陶瓷之外，还会运用到很多聚合物材料。材料本身要符合应用性能，一旦开启工作后还要完成数据的传送。

国外的科研人员发现了一种新的传送技术，人体内的细胞利用交换离子来完成沟通，研究人员便利用这一特性。

通过随设备植入体内的电极，此后就能将数据编码交替生成电脉冲，其可以存在于人体内的离子中。

设备运转时，再将另外一对电极放置于身体外，就能接收到内部的信息，并再通过解码生成可见的数据。哪怕植入体内的设备深度超过10公分，数据的传输也不会受影响。

从应用的场景看，随着未来植入式的设备应用越发广泛，不管是可生物降解的材料，还是能够良好传输数据的技术，其应用面都会越来越宽。

结语

压电效应和压电材料在实际应用中，多年来的研究，都是围绕其综合性能不断提升来进行的。

这其实也是科学研究的主要方向，人类的生活之所以能发生日新月异的变化，都得益于这类技术的日日更新和进步。

参考资料：

《里程碑式的重大突破！中国科学家在压电材料领域有新发现》 央视新闻 2024年3月29日