什么是驻极体？常见的电介质是在外电场作用下发生极化作用，当外电场撤去后，极化现象也随之消失。而驻极体是一种具有长久电荷的电介质，与永磁体类似，人们将这种长期保留电荷的电介质叫做驻极体。目前在声电器件、空气净化、电机、高压发生器、生物材料等领域均有应用。为了长时间捕捉电荷或偶极子，驻极体通常由硬电介质构成。随着人机交互和软机器人的发展，可伸缩的驻极体应用而生，然而像弹性体这样的可伸缩的电介质，存在电荷储存时间短的问题。因此，对于极柱体而言，电荷储存时间长和可伸缩这两种性能是“鱼与熊掌”的关系，很难同时获得。
【研究成果】
近日，哈佛大学锁志刚教授团队将硬驻极体纳米粒子固定在介电弹性体基质中，提出一种既能长期储存电荷又能可伸缩的驻极体的通用方法。在驻极体中弹性体基质赋予其可伸缩性，极柱体粒子使其电荷储存时间更长，解决了可伸缩的弹性体在发展过程中面临的难题。相关内容以“Stretchable Electrets: Nanoparticle-Elastomer Composites”为题发表在Nano Letters。
【图文速递】
1. 可伸缩驻极体原理
作者首先阐述了电极和可伸缩极柱体在非接触状态下的力-电转换的工作原理。电极通过电阻接地处理，当复合驻极体靠近电极时，从地面引出的电荷在电极上产生。当复合驻极体拉伸时，弹性体和极柱体粒子发生形变，改变了电极上的感应电荷量，并通过电阻器产生电流（1b），因此，复合驻极体的刚体运动和变形都会在电极上产生电荷，实现了力-电转换。
可伸缩极柱体可分为两部分：一是硬驻极体粒子具有长时间带电，二是介电弹性体的基体具有伸缩性。粒子可以选择无机物和塑料，介电弹性体的选择也多种多样，所以这种方法大大拓宽了可伸缩驻极体材料的选择。
2. 驻极体的极化特点
研究人员以PDMS为弹性体基质，以二氧化硅为纳米粒子，探究了复合极柱体中电荷密度q的影响因素。研究结果表明，随着极化电荷场E、极化温度T的增加，q也随之增加；随极化时加热时间增加，q逐渐增加，当加热时间足够长时，q就不再增加；随二氧化硅粒子数量增加，q逐渐增加。
3. 极柱体极化后电荷保持能力
电荷密度会随着二氧化硅纳米粒子的数量而改变，并且可以保持60天。随着驻极体基质PDMS交联密度的降低，固定极柱体粒子的能力也逐渐减低，因此荷电保持能力也会有所降低。当驻极体经过104次拉伸循环后，电荷密度仍为初始极化值的85%（3c）。驻极体在生物医用领域也具有应用前景，研究人员也将其浸泡在PBS溶液中进行了测试。
4. 驻极体的应用
和其它驻极体一样，可伸缩驻极体能够实现接触和非接触的力-电转换。可伸缩驻极体可以通过刚体运动和变形产生电信号，应用于伸展运动传感器（4a,4b）、压力传感器（4c，4d）、无触点拉伸传感（4e，4f）。
【总结】
当聚合物基质的网格小于颗粒时，或当弹性体粘附在颗粒上时，就可以将硬驻极体粒子固定在介电弹性体基质上，从而有效的解决了长寿命和可拉伸之间的冲突。这种方法中多样的材料选择可以实现组合的多样性，这为可伸缩驻极体打开了工程领域和医学领域的大门。
全文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c01434
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