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記者5月9日從蘭州大學獲悉，該校土木工程與力學學院和材料與能源學院聯(lián)合科研團隊在天然生物質(zhì)材料撓曲電效應研究中取得重要進展，首次從實驗上證實了木材這一天然生物質(zhì)材料中存在可觀的撓曲電效應，拓展了人們對木材功能屬性的認知邊界。相關成果發(fā)表在國際權威期刊《自然·通訊》上。

撓曲電效應是指材料在應變梯度作用下產(chǎn)生電極化的機電耦合現(xiàn)象，不受晶體對稱性限制，理論上廣泛存在于各類固體材料中。然而，在木材等宏觀天然生物質(zhì)材料中直接探測這一效應并不容易。宏觀樣品在常規(guī)彎曲或壓縮條件下應變梯度較小，信號微弱，且木材具有復雜多級結構和各向異性，難以準確辨識本征響應。

與傳統(tǒng)撓曲電材料相比，木材來源廣泛、可再生、可降解，其天然多級層級結構、取向細胞壁和豐富孔道為應變梯度調(diào)控和機電耦合提供了天然基礎?；诖?，研究團隊以天然木材為對象，通過脫木質(zhì)素與壓縮重構策略構筑結構木材料，顯著增強彎曲變形過程中的應變梯度，結合系統(tǒng)電學測試與對照實驗，驗證了結構木的本征撓曲電響應。

研究表明，結構木的撓曲電系數(shù)高達36.72nC m?1，這一數(shù)值可與鈦酸鍶SrTiO?、鈮酸納NaNbO?等典型介電陶瓷相當，優(yōu)于氧化鋅ZnO、二氧化鈦TiO?、聚偏二氟乙烯PVDF等常見半導體及聚合物體系，顯示出天然生物質(zhì)材料通過結構工程實現(xiàn)高性能機電功能化的可行性。

基于優(yōu)異的撓曲電性能，研究團隊進一步構建了木基自驅(qū)動柔性傳感器。該器件無需外部電源，可將人體運動產(chǎn)生的微小形變轉(zhuǎn)化為可檢測的電信號，實現(xiàn)對手指、手腕關節(jié)運動及肌肉收縮等細微動作的實時感知，在可穿戴電子、健康監(jiān)測、人機交互等領域具有潛在應用前景。

“這一發(fā)現(xiàn)拓展了人們對木材功能屬性的認知邊界，表明天然生物質(zhì)材料通過結構工程實現(xiàn)高性能機電功能化是可行的，也為綠色、可持續(xù)柔性電子器件及自驅(qū)動傳感器的開發(fā)提供了新的材料體系和技術支撐?！眻F隊主要成員劉書海教授表示。