[陕新闻]【奋翅起高飞】申胜平团队：在智能材料领域贡献中国智慧

屈电效应是指通过非均匀变形引起材料正负电荷中心分离(极化)，进而产生电压的效应。“生动地说，通过‘弯曲’材料来产生电信号是可能的。”Xi交通大学航天空学院副教授徐良介绍说。与传统的压电效应不同，柔性电效应存在于所有的电介质中，可以在微纳尺度上大大提高材料的能量转换效率。此外，柔性材料克服了压电材料的缺点，绿色无害，在智能材料和结构领域显示出广阔的应用前景。

十多年来，Xi交通大学沈升平团队致力于挠性材料与结构力电耦合理论与应用研究，并于2019年12月获得2019年高校科研杰出成果奖(科技)自然科学一等奖。

深入培养“冷门”专业，建立基础理论

沈胜平团队实验环境

近年来，随着微纳米技术的不断发展，柔性电效应在传感、驱动、能量收集等领域显示出巨大的应用前景，并逐渐成为国内外学术研究的热点问题之一。

把时间的指针转到上世纪末，情况就大不一样了。当时虽然有学者发现了屈电效应，但由于压电可以产生很强的电信号，国际学术界关注的是压电领域，半个世纪以来很少有人关注屈电效应的研究。

由于压电效应在应用材料体系中受到限制，专注于压电研究的沈胜平教授将注意力转向了当时冷门的柔电效应研究方向，并于2008年组建了国内第一个开展柔电效应理论研究的团队。

展望挠性的巨大应用前景，沈胜平带领团队走上科研之路。但第一大问题是，挠曲理论的数学描述和本构方程比传统压电理论复杂得多，理论推导需要严谨而大量的数学推导过程，因此如何建立基于挠曲效应的力电耦合理论可想而知。

“那段时间我们几乎看了所有相关文献资料，反复推导公式，想着尽快把这个研究搞出来。”徐良回忆道，“所有团队成员从早上7: 00到晚上11: 00整天泡在实验室里是很常见的..我们也完全没有假期概念。即使是春节，元旦也会回来。”没有条件的，尽量创造条件；如果没有时间，就尽量挤出时间。一个看似简单的理论公式绝不容易推导出来，如果一步错了，往往需要重新整体改造。据团队成员回忆，为了验证理论公式的准确性，沈胜平教授不得不反复验证每个公式。

正是有了这种“坚持青山不放松”的坚持和研究努力，团队在不到两年的时间里建立了伟创力纳米材料连续体理论，推动了多场耦合力学的发展。该研究被欧美学者命名为申公式，称之为“开创性研究”和“开创性理论框架”。在理论的指导下，该团队近十年来建立了一系列分析模型，为微纳智能结构的性能分析和稳定性分析以及柔性智能器件的设计提供了理论基础和新思路，得到了国际学术界的广泛认可。

针对国家需求的跨学科合作

随着智能材料已经成为中国国防、航空、空航天等重要领域所需的核心材料之一，如何尽快将柔性理论应用到具体实践中，设计柔性智能器件成为沈胜平团队进一步的重点工作。在沈升平看来，科研不仅要停留在理论层面，更要面向世界科技前沿，面向经济主战场，面向国家重大需求。

在国外做博士后研究期间，邓骞副教授研究了弯曲的方向。“沈先生在这方面的研究一直走在前列，所以我毕业后加入了他的团队。”在实验中，邓骞发现最常用的弯曲电陶瓷容易断裂且变形小，只能在微纳尺度下产生大的应变梯度，而高分子材料具有柔性，即使在宏观尺度下也能承受大的应变梯度。但一般高分子材料的弯曲系数远低于陶瓷，即使施加大的应变梯度，也很难获得很强的弯曲电效应。面对这一“瓶颈”问题，邓骞带领学生设计并制备了一种新型的带永久电荷的电活性材料，并成功预测和验证了类弯曲效应。基于此，聚合物材料中的挠曲电效应可以增加100倍，并且其挠曲电系数大大提高，这提供了在宏观尺度上应用挠曲电效应的可能性。“在未来，我相信它可以广泛应用于柔性传感器和驱动器。”邓骞充满信心。

用沈胜平教授的话说，Xi交通大学智能材料与结构研究团队是一支“年轻而充满活力的团队”。团队成员的平均年龄不到40岁，来自不同的专业，如机械、航空、空航天和材料。"当今，突出学科交叉是智能材料发展的新方向."徐良说，“一开始，我们都出生在力学领域。做研究远远不够。它需要电学、材料科学和化学知识。”

研究要发展，要有突破，就要走出专业的“舒适区”，而不是墨守成规，成为团队成员的共识。成员补充了大量其他学科的基础理论，沈胜平教授与机械工程学院、电气工程学院、材料学院建立了实验室，开展了一系列跨学科合作。现在，团队还吸收了30多名具有机械、电气、材料和机械专业背景的学生。“时代给了我们一个绝佳的机会。只要我们有想法，专业学科就不会成为限制我们研究的问题。”徐良笑着说道。

推动行业发展成为国际学科领域的“领跑者”

2019年8月，由Xi交通大学航空航天学院空分校主办的“2019弯曲理论与应用国际研讨会”成功举行，邀请了来自国内外高校和研究机构的50多位权威专家学者，就当前智能材料领域的热点研究问题进行了深入系统的学术成果交流。这是第一次柔性电研究国际研讨会，对于促进学术交流与合作，促进柔性电效应及相关研究领域的发展具有重要意义。

“目前，国际上对弯曲方向的研究相对分散，缺乏有效的沟通渠道。我们从事这项研究已经十多年了，所以我们希望举办这次专业研讨会，以促进弯曲效应新的研究方向在各个领域的创新应用和发展。”沈胜平的团队计划在2020年举办第二次研讨会，希望能促进这一研究领域的国际发展。

“做好人，做大事”是沈胜平对团队未来研究的期望。“我们只争朝夕，不辜负光荣，为基础研究和国家重大需要做贡献。”沈胜平代表团队郑重承诺。

投稿人:Xi交通大学