张和宾夕法尼亚州立大学领导的跨学科研究团队开发了一种具有强大压电效应的聚合物，其发电效率比以前的迭代提高了60%。他们今天(3月25日)发表了他们的研究结果科学。

“从历史上看，聚合物的机电耦合一直很低，”张说。“我们开始改进这一点，因为聚合物的相对柔软性使它们成为各种领域软传感器和执行器的优秀候选者，包括生物传感、声纳、人造肌肉等。”

为了制造这种材料，研究人员特意在聚合物中加入了化学杂质。这一过程被称为掺杂，它允许研究人员调整材料的性质，以产生理想的效果——前提是他们整合了正确数量的杂质。添加过少的掺杂剂可能会阻止预期效果的产生，而添加过多的掺杂剂可能会引入不需要的特性，从而阻碍材料的功能。

掺杂扭曲了聚合物结构组分中正电荷和负电荷之间的间距。这种扭曲分离了相反的电荷，允许元件更有效地积累外部电荷。张说，这种积累增强了聚合物变形时的电传递。

为了增强掺杂效果并确保分子链的排列，研究人员拉伸了聚合物。根据Zhang的说法，这种排列比随机排列链的聚合物更能促进机电响应。

张说:“聚合物发电的效率大大提高了。”通过这种工艺，我们实现了70%的效率，比之前的10%有了很大的提高。”

这种坚固的机电性能在坚硬的陶瓷材料中更为常见，可以使柔性聚合物的各种应用成为可能。由于这种聚合物对声波的抵抗力与水和人体组织相似，因此可以应用于医学成像、水下水听器或压力传感器。张说，聚合物也往往比陶瓷更轻、更可配置，因此这种聚合物可以为探索成像、机器人等方面的改进提供机会。

这项工作的其他贡献者包括宾夕法尼亚州立大学地球与矿物科学学院材料科学与工程系的Xin Chen;秦汉成，张兵，卢文昌，北卡罗莱纳州立大学J. Bernholc;中国上海交通大学的钱晓石;宾夕法尼亚州立大学电子工程与计算机科学学院的Wenyi Zhu;州立大学PolyK Technologies的李波、张世海;布鲁克海文国家实验室李瑞鹏;凯斯西储大学朱磊;法国阿科玛公司的法布里斯·多明格斯·多斯桑托斯。张启明也是宾夕法尼亚州立大学材料研究所的一员。

美国海军研究办公室支持这项工作。