【背景介绍】
弹性反映了材料可以展示出的机械变形和恢复能力。合金和半导体等材料的弹性和柔韧性是由材料中基本成分（原子和分子等）及其相互作用（化学键）所决定的。当材料中化学键相互作用占主导时，则导致其缺乏弹性和柔韧性。由于在氧化物和半导体中离子键或共价键的相互作用强度要大得多，导致其缺乏足够的滑移体系而增加了其脆性。但是纳米氧化物和半导体的相变在量纲减小的情况下，具有共存相的原子位移容限，从而使其具有弹性恢复能力。
虽然铁电材料（FEs）是一类存在可切换的自发极化且能够实现机械能和电能转换的功能性材料，但是FEs通常是以脆性的块体铁电氧化物存在，在发生形变时容易断裂。由于FEs的脆性，导致其在柔性器件等领域的应用受到极大的限制。但是铁电体域的演化可以提供一种替代途径来完成氧化物的超弹性而不是相变。
【成果简介】
今日，西安交通大学的刘明教授、周子尧教授和丁向东教授（共同通讯作者）联合报道了一种单晶钛酸钡（BaTiO3）的自支撑铁电薄膜，利用无损剥离技术和Sr3Al2O6作为牺牲层而大面积制备了BaTiO3薄膜。制备的BaTiO3薄膜在原位弯曲测试过程中能折叠约180o，表明其具有超高弹性和柔韧性。
此外，通过计算发现，BaTiO3薄膜的弹性是由于纳米级的铁电畴运动所导致。在压力较大时，BaTiO3薄膜的内部能量分布发生改变，使得电偶极子在a和c纳米级的铁电畴之间发生连续旋转，形成了具有铁电性质的连续区域。该变化进而解释了晶格错配造成的应变能，有助于增强铁电薄膜的柔韧性。
该铁电类材料有助于用于柔性传感器、电子皮肤等柔性器件领域。研究成果以题目为“Super-elastic ferroelectric single-crystal membrane
with continuous electric dipole rotation”发表在国际顶级期刊Science上。
【图文速递】
图一、BaTiO3铁电薄膜的合成与表征
图二、BaTiO3铁电薄膜的连续弯曲晶格在原子尺度上的分布
图三、原位SEM观测BaTiO3纳米带的弯曲测试
图四、在300 K进行弯曲后，BaTiO3薄膜的形状恢复能力
文献链接：Super-elastic ferroelectric single-crystal membranewith continuous electric dipole rotation (Science, , DOI: 10.1126/science.aay7221)
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西安交大最新Science报道：超柔性和弹性铁电材料将用于柔性传感器 电子皮肤等可穿戴器件领域
