踩地板能发电，硅酸盐所培育出大尺寸新材料

习惯了每天消费能源的你，有没有想过自己能变身成为一个可持续提供能源的自动发电机呢？这可不是玩笑。这样的技术已经成为现实。在南京路上，首块中国国产、面积约2平方米的“发电地板”激起了众多路人的“发电瘾”。“快过来，发发电。”50岁的上海市民黄素英唤来孙女一起“发电”，轻松一跳，就能在眼前的大屏幕上看到刚才发出的两三百毫瓦电能。

地板如何实现发电？“压电单晶材料！”中国科学院上海硅酸盐所研究员、博导罗豪甦告诉记者，压电性能指给予该材料定向压力或张力，便会产生电能的性质。压电发电正是这样一种技术——利用压电材料的正压电效应将机械振动能转变为电能，从而将如人体走路的踩踏、机械振动，甚至噪音等形式的振动能量收集起来，经过能量转换—整流—存储—供电等诸多环节，应用于生活。

“这种能量收集系统帮助我们利用曾被白白耗费的能源。不久的将来，车站、公路、轨道以及地毯、地板等都可能成为发电装置。”罗豪甦介绍，1880年，居里兄弟在石英晶体中发现：晶体受到机械应力的作用时，其表面会产生电荷；当外加电场于晶体时，晶体会产生形变。100多年过去，压电学和压电材料经过了石英晶体、钛酸钡陶瓷、锆钛酸铅陶瓷、弛豫铁电单晶等几个里程碑的发展。

“电子功能材料中最普遍的是半导体材料，另外较大门类的就是压电单晶材料。”在罗豪甦眼里，压电单晶材料如同“万金油”，它除了压电性能，还兼具电光性能和热释电性能等。罗豪甦解释说，热释电性能即指材料接受热量辐射后，会产生电能的性质。由于功能强大，压电单晶材料可谓拥有“七十二般变化”，是研制各种压电传感器、换能器和驱动器不可替代的重要材料，并在先进技术、航空航天、医疗设备等领域有着广阔应用前景。

但困扰科学界的是，使用助溶剂缓冷法生长的弛豫铁电晶体，直径始终无法超过10毫米。“晶体长不大，性能再好也是白搭，更难以满足新一代功能器件对高性能压电材料的迫切需求。”罗豪甦研究团队，通过数年研究，改善晶体生长机理的生长工艺，在国际上率先采用Bridgman方法，成功培育出大尺寸、高质量的铌镁钛酸铅（PMNT）弛豫铁电单晶，并荣获国家技术发明奖二等奖和上海市自然科学奖一等奖。目前，该方法已成为目前能够实际应用的大尺寸、高质量PMNT单晶制备的唯一方法。

弛豫铁电单晶材料长得大，围绕该种新材料的应用探索也随即展开。今年初，嘉定区医用超声材料与器件产业技术创新联盟在中国科学院上海硅酸盐研究所成立，拉开了弛豫铁电单晶材料产业化应用的大幕。“压电单晶材料运用到医疗B超影像方面，可根据超声波在人体中的回波，极大地提高成像清晰度。”罗豪甦坦言，虽然上海硅酸盐研究所掌握了大尺寸（直径3、4英寸）弛豫铁电单晶新一代压电材料的定向可控生长技术，能够提供满足各种应用需要的高质量、高性能压电单晶，但是国内基于弛豫铁电单晶的新一代医疗超声技术的发展才刚刚起步，高端医用超声换能器和超声诊断设备主要还是医疗进口。“医疗超声诊断具有安全、适应面广、直观、可重复检查、对软组织鉴别力强、便携灵活及价廉等优点，预计2020年国际医用超声市场规模达到200亿美元。”罗豪甦对弛豫铁电单晶材料的产业化应用充满期待。

 记者  唐敏