北京時間 5 月 12 日，上海交通大學機械與動力工程學院前瞻交叉研究中心錢小石教授在Science上發表題爲 "Fluoropolymer Ferroelectrics: Multifunctional Platform for Polar-Structured Energy Conversion" 的論文，對偏氟乙烯（PVDF）基鐵電高分子材料在機電耦合、零碳制冷、儲能與信息存儲等領域的應用進行了系統的分析。
錢小石教授爲本文第一作者，上海交通大學爲論文第一完成單位。這是Science自 1983 年發表首篇鐵電高分子綜述後，40 年後再次刊登鐵電高分子領域的綜述論文。
高分子鐵電材料具有可塑性高、易于制造成複雜形狀、機械韌性和自發極化等獨特的特點，能夠實現電、機械和熱能之間的高效交叉耦合，産生一系列如儲能、壓電 / 電緻伸縮效應、電卡 / 熱釋電效應、鐵電存儲等效應。這些以含氟高分子爲主體的聚合物材料可以輕松加工成輕薄、堅韌和柔韌的薄膜和纖維，适用于便攜式、小型化和可穿戴的電活性裝置。
最新研究表明，氟化烷基（FA）修飾的弛豫鐵電四聚物的壓電和機電耦合系數首次超過了目前世界上使用最廣泛的壓電陶瓷—— PZT 壓電陶瓷。在 50 MV/m 的低電場下，該鐵電材料達到了 4% 的電緻應變。這一進展有望推動高效感知和觸覺設備，以及低能耗的電活性驅動器等領域的快速發展。稍早于以上報道，由類似方法設計的電卡聚合物材料在超低電場下表現出超過 7.5K 的大電卡制冷效應且不易産生疲勞，首次實現了超過百萬次的制冷循環。這些電卡聚合物可以提供定制化、零 GWP、節能的制冷 / 熱泵解決方案，從而在目前商業熱泵、空調和冰箱等産業的碳減排領域貢獻力量。
該研究工作獲得國家自然科學基金委，上海市自然科學基金 " 基礎研究領域 "、" 原創探索 " 項目等資助。
錢小石教授長期從事功能材料與智能系統研究，參與了多款活性高分子、陶瓷功能材料設計與制備工藝研發，在磁電傳感、機電耦合、介電儲能與電卡制冷等領域開展面向工程應用的基礎研究工作；研制了世界首台利用塑料制冷的芯片制冷系統，首次實現了無人工幹預、無電子電路控制的軟物質自主向光性、趨光性驅動。
近兩年，該團隊從工程應用角度出發，利用高分子化學方法突破了電卡、壓電高分子與器件應用相關的物性瓶頸，進一步完善了極化高熵材料中電緻相變的電介質物理圖像，設計并制造了系列電卡制冷系統樣機。相關基礎研究工作發表于 Nature ( 2 篇 ) 、Science ( 2 篇 ) 等高水平學術刊物，相關應用研究成果所涉及的多項專利已獲國家專利授權，并在國内相關企業産業化，填補了國内空白。
論文鏈接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg0902
