近日，我校化学与化工学院雷周玥和武培怡教授课题组在离子压电材料研究方面取得进展，研究通过利用微相分离和界面工程设计，有效解决了离子压电材料在电学性能和力学性能之间固有的权衡问题。研究成果以“Piezoionic elastomers by phase and interface engineering for high-performance energy-harvesting ionotronics”（微相分离和界面工程设计离子压电弹性体作为高效能量收集的离电材料）为题在线发表于期刊《Advanced Materials》（先进材料）上。该研究工作由东华大学完成，东华大学化学与化工学院博士研究生朱威妍为论文第一作者，东华大学武培怡教授和雷周玥研究员为论文通讯作者。

压电材料在将机械能转化为电能方面发挥着举足轻重的作用，对自供电系统中的能量收集和人机交互至关重要，但是，如何平衡力学和压电响应性能方面长期存在挑战。对此，团队设计了一种基于微相分离和中间层界面结构的离子压电弹性体。通过硬相间的应力集中促进电荷分离，同时利用连接异质相的中间相促进离子电荷的高流动性。

图 离子压电弹性体含有中间相的微相分离结构设计

该离子压电弹性体的主要设计原则为：（1）微相分离结构：利用 IPC 与聚合物网络之间相容性差的特点，建立微相分离结构。（2）中间相工程：设计具有共用阴离子的 IL 和 IPC，确保 IL 和 IPC 之间的相容性，从而设计出一种可连接异质微相的中间相。（3）增强阳离子-阴离子迁移率差异：通过阳离子-偶极相互作用将阳离子束缚在聚合物网络上，从而突出阳离子和阴离子在压力下的迁移率差异。这种方法有利于释放更多的游离的阴离子。这一创新策略有望在离子分布中产生显著的梯度，最终提高压电效应。

图 离子压电弹性体优异的压电性能

离子压电弹性体表现出优异的压电性能，同时产生高压电电压（90 mV）和高压电电流（92 nA），最大压电系数约为6.0 mV kPa-1，比目前的离子压电凝胶提高了近60倍，比目前的离子压电水凝胶提高了三倍多。此外，离子压电弹性体最大输出功率密度为 1.3 μW cm-3，能量转换效率约为1.8%。这与先前报道均相和纳米相分离的离子压电凝胶相比，提高了一个数量级。

 图 离子压电弹性体的力学性能与综合性能评估

离子压电弹性体不仅具有优异的压电性能，而且具有良好的力学适应性。与之前报道的离子压电材料相比，离子压电弹性体解决了压电材料长期以来在电学性能和力学性能之间的权衡问题。

图 用于人机交互的声学感知、压力映射和逻辑处理

由于具有高离子压电反应灵敏度，压电弹性体可以感知和识别空间声学信号。通过利用压力传感和信号处理能力，压电弹性体可以参与人与机器人之间的逻辑信息交互。进一步，压电弹性体可以集成到触觉感知阵列中，将压力映射和逻辑处理能力结合在一起。