声音作为人类感知环境与进行交互的基本媒介,柔性声学传感器通过将环境声学信息转换为可量化的电信号,在机器人交互、生物医学和虚拟现实等领域展现出变革性潜力。然而,随着应用场景从简单的柔性需求向复杂的动态变形表面(如人体皮肤界面,通常承受超过10%的应变)拓展,开发可拉伸的声学传感器变得至关重要。传统压电材料面临电学性能与机械性能之间的权衡:无机压电陶瓷虽具有高压电系数但刚度过大且制备工艺复杂,而有机压电聚合物虽具良好柔韧性但其压电系数相对较低。分子铁电体作为一种新型压电材料,虽具有结构可调、重量轻、声阻抗低等优点,但其固有的脆性和较高的模量阻碍了其在动态可变形界面上的实际应用。
针对这一挑战,东南大学吴俊教授、游雨蒙教授、熊昱安博士合作团队报道了一种通过静电纺丝技术将分子铁电晶体TMCM-CdCl₃引入柔性热塑性聚氨酯(TPU)基体中制备的可拉伸分子铁电声学纤维。TMCM-CdCl₃与TPU之间的分子间相互作用以及电极与纤维之间的互锁层状结构,赋予了该纤维声学传感器高拉伸性(拉伸应变>100%)、高力传感灵敏度(4.36 V/kPa)和宽频声学传感范围(30-5000 Hz)。尤为关键的是,研究提出并验证了应变诱导的灵敏度增强效应——传感器在拉伸状态下的声学灵敏度从15.03 mV/dB提升至30.16 mV/dB。该声学纤维即使在原始和20%拉伸应变状态下采集的混合语音数据中,仍能保持97.05%的高语音识别准确率。相关论文以“Strain-enhanced stretchable molecular ferroelectric acoustic fibers”为题,发表在Nature Communications上。
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