芒果体育铁电材料作为当代构建机电系统的基础材料之一，最早是在无机材料中发现的。但是在1969年，Kawai报告了机械拉伸的聚偏氟乙烯（PVDF）的压电性，并且于1970年代报告了铁电性，便开启了聚合物铁电材料的时代。聚合物铁电体具有高柔韧性、易于制造成复杂形状、机械坚固性和极性活性等特点。因此这类材料为电、机械能和热能之间有效交叉耦合提供了材料平台。这种铁电软材料及其极性活性衍生物在一般力(机械应力或温度变化)的作用下会发生电极化变化，反之亦然，从而产生了一系列物理效应，包括压电和电伸缩、电热和热释电以及各种介电和铁电效应。并且这些多功能聚合物材料由于易于加工成薄、轻、韧、柔韧的薄膜和纤维，因此可以实现便携式、小型化和可穿戴电活性设备，并应用于多种场景。

　　了解并定制聚合物铁电体的结构和极化响应以获得各自的功能对于这些聚合物体系的发展至关重要。鉴于聚合物材料在化学结构设计上的灵活性和多样性，这使得在分子尺度上的修饰为根据需要操纵聚合物铁电体的极性结构和场致相变提供了大量的方法。因为大量可选择的单体和纳米级外部复合物，聚合物铁电体的缺陷修饰在很大程度上仍未被探索，因此这类聚合物材料仍然有很大的发展潜力。

　　近期，为了推动聚合物铁电材料在纤维可穿戴设备、平板和柔性空调（AC）、生物医学设备、人造肌肉、软体机器人、发射性能量感应和成像方面的发展和应用，上海交通大学钱小石、宾夕法尼亚州立大学章启明合作在Science上发表了一篇题为“Fluoropolymer ferroelectrics: Multifunctional platform for polar-structured energy conversion”的Review。他们主要总结了这些聚合物的历史，并讨论了最近的进展，重点关注了它们在机电、电热和介电应用中的潜在用途。这是Science自1983年发表首篇铁电高分子综述后，40年后再次刊登铁电高分子领域的综述论文。

　　在铁电体中，极化与各种外部刺激(如机械应力、温度、磁场和光信号)之间的耦合是产生各种交叉耦合现象的原因。铁电体的极化变化源于不同的来源和过程，产生不同的交叉耦合现象。PVDF是已知的第一个铁电聚合物。在PVDF聚合物铁电体中，极化过程发生在分子、纳米、介观和宏观尺度上。在铁电相(β-相)中，全反式构象链形成六方晶体结构。电场作用下的极化变化是通过偶极子连续旋转60°发生的。而通过合成聚合物单体的额调整，可以实现聚合物铁电行为的有效变化。比如，VDF与TrFE共聚可以稳定铁电β相，P(VDF-TrFE)在18 mol % TrFE时表现出铁电-准电(F-P)转变。VDF在β相中偶极矩为3.0 D。TrFE在β相中偶极矩约为VDF的一半。因此，增加共聚物中TrFE的含量会减弱铁电性芒果体育。而在VDF-TrFE聚合物链中加入少量缺陷，如单体(如CFE)，其体积比VDF和TrFE单体更大，将β相的全反式链构象转化为所有四种类型的混合构象的链形态，使聚合物转变为弛豫剂，在室温下表现出可逆的大极化变化。

　　能量收集应用：将PVDF基聚合物的铁电效应用于能量收集已经进行了广泛的研究。对于压电能量采集器，输出能量与电磁耦合系数的平方成正比。为了提高能量收集性能，采用压电陶瓷纳米填料的聚合物复合材料已被证明是有效的。压电和摩擦电效应的协同作用是加强能量收集的另一种有效方法，因为铁电聚合物的残余极化可以有效地增强摩擦电效应。PVDF基聚合物可以制成纤维，并制成衣服。静电纺PVDF纤维可以很容易地加入到复合材料中，以进一步提高性能。提出纳米填料表面与PVDF链产生静电相互作用，促进β相的形成，从而提高压电性能，可以作为高性能柔性压电纳米发电机(PENG)。

　　在高频医学和生物超声成像应用：P(VDF-TrFE)因其低声阻抗、优异的柔韧性以及在薄膜(微米尺度)中表现出稳定的压电/介电特性而非常有用。用于图像识别的高频超声换能器的商用仪器也已开发出来，例如高通公司的指纹扫描仪。该扫描仪采用薄膜电容场效应晶体管构成，以P(VDF-TrFE)高密度阵列作为栅极介质，具有良好的空间分辨率识别压力。扫描仪可以检测3D细节和指纹特征，如脊纹和汗孔，这是电容式触摸或光学选项无法检测到的，并且具有薄而紧凑的设备尺寸(图2D)。这种铁电聚合物超声图像识别技术通过提供更高的灵敏度和更详细的生物信息，在个人身份证、楼宇门禁、智能汽车点火等领域具有广泛的影响。

　　柔性机器人应用：机动性和鲁棒性是机器人实际应用的两个重要特征。由聚合材料制成的软体机器人有可能同时实现这两种特性。已经有相关文献报道了基于弯曲PVDF单晶压电结构的软体机器人，其相对速度为每秒20个体长，是报道中最快的人工昆虫级机器人之一。该设计的灵感来自动物运动的几个原理。这种快速、超强大的昆虫级软机器人在环境勘探、结构检查、信息侦察和救灾等方面具有潜在的应用前景。

　　热泵应用：20世纪90年代末和21世纪初，研究发现缺陷修饰的P(VDF-TrFE)聚合物，如P(VDF-TrFE-CFE)三元聚合物(CFE是氯氟乙烯)具有优良的电伸缩和电热效应(ECE)，这是由于电场引起的非极性分子构象和极性分子构象之间的大而可逆的极化变化。巨大的电伸缩扩展了铁电体在人造肌肉、性能更好的软体机器人和许多其他机电应用中的应用。ECE是电场引起的材料温度变化。ECE是有吸引力的固态制冷，排放零温室气体，没有压缩机。当EC材料在电循环下可逆地升温和冷却时，可以形成一个制冷循环，如布雷顿循环，将热量从热负荷泵送到散热器。这些器件使用EC聚合物和陶瓷制成多层电容器结构。为了在设备的冷端和热端积累加热和冷却效应，并进一步延长设备的温度跨度，2013年首次展示了聚合物EC设备中的主动电热再生(AER)。设计并制造了一种具有各向异性导热系数的蓄热器，以最大限度地减少芯片尺寸器件的热端和冷端之间的热损失。

　　柔性存储器件应用：对于柔性电子器件，基于PVDF的非易失性存储器可以提供高数据存储密度和低工作电压。例如，用P(VDF-TrFE)(100)代替场效应管中的栅极电介质，可以制成三端记忆器件。即使设备经历 1mm弯曲半径的变形或1000次急剧折叠循环，数据“1”和“0”之间的开/关比率保持稳定。

　　小结：聚合物铁电体经过几十年的研究和发展，在分子尺度、纳米尺度和中观尺度上，聚合物电介质和聚合物铁电体的极化过程仍然存在许多未知的问题，考虑到构建聚合物分子丰富性和纳米尺度和中观尺度结构的丰富性，为未来的研究和发展提供了很大的机会。 与广泛应用的无机铁电体相比，经过五十多年的研究，PVDF基铁电体仍然是唯一一个成功应用于许多应用的聚合物铁电体家族。利用PVDF基聚合物丰富的极化过程及其潜在的分子结构、纳米结构和介观结构的活性聚合物研究，有可能发现和开发下一代聚合物铁电体。

　　声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！