Stretchable polymer composites with ultrahigh piezoelectric performance

材料科学 复合材料 压电 电介质 陶瓷 压电系数 铁电性 弹性体 声阻抗 介电弹性体 电阻抗 光电子学 电气工程 工程类
作者
Tongxiang Tang,Zhonghui Shen,Jian Wang,Shiqi Xu,Jiaxi Jiang,Jiahui Chang,Mengfan Guo,Youjun Fan,Yao Xiao,Zhihao Dong,Houbing Huang,Xiaoyan Li,Yihui Zhang,Danyang Wang,Long‐Qing Chen,Ke Wang,Shujun Zhang,Ce‐Wen Nan,Yang Shen
出处
期刊:National Science Review [Oxford University Press]
卷期号:10 (8) 被引量:24
标识
DOI:10.1093/nsr/nwad177
摘要

Flexible piezoelectric materials capable of withstanding large deformation play key roles in flexible electronics. Ferroelectric ceramics with a high piezoelectric coefficient are inherently brittle, whereas polar polymers exhibit a low piezoelectric coefficient. Here we report a highly stretchable/compressible piezoelectric composite composed of ferroelectric ceramic skeleton, elastomer matrix and relaxor ferroelectric-based hybrid at the ceramic/matrix interface as dielectric transition layers, exhibiting a giant piezoelectric coefficient of 250 picometers per volt, high electromechanical coupling factor keff of 65%, ultralow acoustic impedance of 3MRyl and high cyclic stability under 50% compression strain. The superior flexibility and piezoelectric properties are attributed to the electric polarization and mechanical load transfer paths formed by the ceramic skeleton, and dielectric mismatch mitigation between ceramic fillers and elastomer matrix by the dielectric transition layer. The synergistic fusion of ultrahigh piezoelectric properties and superior flexibility in these polymer composites is expected to drive emerging applications in flexible smart electronics.

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