多孔丝瓜络开创柔性发电机新策略

北京航空航天大学航空学院与北京大学以及美国休斯顿大学研究团队合作，在天然生物材料——多孔丝瓜络的巨挠曲电效应的启发下，提出了一种将多孔生物材料应用于绿色环保柔性发电机及其他智能器件的新策略。相关研究成果发表在《美国科学院院报》上。

传统上，具有力—电耦合效应的柔性材料在受到机械刺激或电场作用时能够实现电信号和变形之间的相互转换，因此在软体机器人、人工肌肉、生物医学等领域具有广泛的应用前景。挠曲电效应是一种常见的力—电耦合效应，即非均匀变形（如弯曲）引起材料极化，产生电压。与其他力—电耦合效应相比，挠曲电效应不受材料对称性限制，存在于所有的电介质中。然而，柔性材料的挠曲电输出相对较低，因此如何提高柔性材料的挠曲电输出一直是研究的重点。

研究团队发现了一种天然多孔材料——丝瓜络，在其上展示了巨大的挠曲电效应，并建立了力—电耦合模型，揭示了其力—电耦合机制。丝瓜络属于柔性材料，却表现出相当好的挠曲电效应。

研究人员介绍说，丝瓜络具有类似海绵的形貌，其内部呈现出不同尺度的二级孔隙结构。一级结构是由丝瓜络韧带交织的宏观多孔组织构成，而另一级则是由丝瓜络韧带内部的蜂窝状管束组成的微观通孔结构。这种特殊的二级多孔结构赋予了丝瓜络轻质、小尺寸的微结构易产生高应变梯度的特性，为巨挠曲电响应提供了有利条件。研究人员表示，作为一种绿色、环保、产量大且价格低廉的天然材料，丝瓜络以其优异的力—电响应性能展示出巨大的应用潜力。