巧太太燃气灶打火器

本文将要介绍的是材料科学的新进展。这是一种有可能在生物医学领域开创出一片崭新应用局面的新的有机高分子压电材料，它能够使受损骨骼高效愈合、使皮肤和神经组织有效再生。

为了使本文重点介绍的新型高分子压电生物医学材料的内容，能够让尽可能多的读者理解，文中不得不先从压电效应的发现和压电材料的发展讲起。

1880年著名的科学家居里夫人的丈夫皮埃尔•居里与其兄弟杰克斯•居里在试验中发现，当压力施加在电气石上的时候，电气石的不同侧面间会有电荷产生。这种现象被称为压电效应。1881年兄弟二人又发现具有压电效应的物质(即压电材料)，都具有逆压电效应。逆压电效应就是当在该类物质的两界面间，施加电压时，其界面间会产生应力形变。

发现了压电效应的居里兄弟皮埃尔•居里与杰克斯•居里

他们系统的研究发现，具有压电效应的结晶物质(结晶体)有很多，例如电气石、罗谢尔盐(酒石酸钾钠)、石英晶体(水晶)、闪锌矿、异极矿、黄晶、方硼石、蔗糖等。但是在这些具有压电效应的物质中，真正具有实用价值的仅有石英晶体(水晶)而已。而用石英晶体压电材料制作的石英晶体振荡器，至今仍然广泛地应用于移动通信设备、手机、电子钟表、电子手表等多种场合之中。

具有压电效应的石英晶体(水晶)

压电效应(与逆压电效应)之所以能够得以广泛应用，除了得益于其应用开发(二次开发)之外，应当说还得益于非单晶状态的压电材料钙钛矿陶瓷的发现。这种自然界中不存在、只有靠人工烧结(固相人工合成)才能制作出来的多晶多相状态的钙钛矿压电陶瓷，经直流高电压极化后就可以具有，比当时已知的所有自然界存在的、单晶状态的压电材料更好的压电特性。

第二次世界大战中德国率先制作出了具有钙钛矿结构的钛酸钡陶瓷，经极化后制作成为压电效应良好的声纳器件，装配于潜艇上，潜入英吉利海峡之下，开始的时候就把英国运载战争物资的商船打得丢盔卸甲、损失惨重，而护航的英国军事舰艇又发现不了水下的潜艇目标，一时间整个英吉利海峡几乎变成了死亡之海。直到英国知道奥秘之后，如法炮制，才扭转战局。

二战后，世界各国在钛酸钡压电陶瓷(BA)的基础上进行改进，生产制作出了锆钛酸铅系列压电陶瓷(PZT)。现在用PZT压电陶瓷制作成的压电器件应用之广泛，几乎达到了随处可见的程度。例如，许多不用电池的煤气灶电子打火器、炮弹引爆装置、超声波发生器、超声波雾化器、汽车超声波雷达、超声波防盗装置、超声波感应自动门、用于医疗诊断的B超装置、水下导航通讯侦查扫水雷用的声纳、鱼群探测器、多种电器中的压电变压器、超声波清洗、超声波焊接、超声波切割、航空航天和军事装备中的压电陀螺等。尽管欧盟环保标准曾经规定(计划)所有家用电器中2006年以后不允许再使用含铅材料，但苦于至今没有发现足以达到PZT的性能并可以将其替代的材料，所以只有退而求全为必须标明产品中使用了含铅材料。

PZT陶瓷器件(由PZT陶瓷制作电极并极化而成)

以上是压电效应和压电材料的概念及前世今生。下面是本文重点介绍的能让骨骼、皮肤、神经组织再生的新的有机高分子压电材料。该研究成果发表在英文杂志《Applied Materials Tody》Volume20，September 2020,100758上。

该项研究的负责人俄罗斯托木斯克理工大学(Томский Политехничесий Университет)化学与生物医学技术研究所物理材料与复合材料研究中心主任罗曼•苏尔梅涅夫(Роман Сульменев)说，人的身体能够通过电刺激细胞的方式来恢复骨骼组织。他们将这新一代的有机高分子压电材料植入人体内后，由于人体的作用，压电材料会产生电荷，电荷形成的电场与微电流刺激并激活某些类型的细胞，达到使受损骨骼、皮肤、神经组织康复的目的。他们使用的有机高分子压电材料是聚3-羟基丁酸脂，这些物质在骨头愈合后会自动降解。而且为了改善有机高分子压电材料难于被水和生体组织浸润的缺点，他们在其表面涂上了一种特殊的有机分子芳香族重氮盐薄层，以提高有机高分子压电材料的湿润性和反应性，而又不改变基地材料的压电性能。这种也可以可生物降解的3D打印压电有机高分子支架(涂层)示意图如下图所示。

该项研究受俄罗斯科学基金会资助(18-73-10050号项目)以及比利时根特大学专家的支持。