压电材料将机械应力转化为电能，反之亦然，可用于传感器、致动器和许多其他应用。但是，根据电气工程杰出教授张启明的说法，在聚合物（由分子链组成并常用于塑料、药物等的材料）中实现压电可能很困难。

张和宾夕法尼亚州立大学领导的跨学科研究团队开发了一种具有强大压电效应的聚合物，与以前的迭代相比，发电效率提高了 60%。他们今天在《科学》杂志上发表了他们的结果。

“从历史上看，聚合物的机电耦合一直很低，”张说。“我们着手改进这一点，因为聚合物的相对柔软性使其成为各种领域（包括生物传感、声纳、人造肌肉等）的软传感器和执行器的理想候选者。”

为了制造这种材料，研究人员故意在聚合物中加入化学杂质。这个过程称为掺杂，允许研究人员调整材料的特性以产生理想的效果——前提是它们整合了正确数量的杂质。添加过少的掺杂剂可能会阻止所需的效果开始，而添加过多可能会引入阻碍材料功能的不良特性。

掺杂扭曲了聚合物结构成分内正电荷和负电荷之间的间距。畸变分离了相反的电荷，允许组件更有效地积累外部电荷。张说，当聚合物变形时，这种积累会增强聚合物中的电传递。

为了增强掺杂效果并确保分子链的排列，研究人员拉伸了聚合物。据张说，这种排列比具有随机排列链的聚合物更能促进机电响应。

“聚合物的发电效率大大提高，”张说。“通过这个过程，我们实现了 70% 的效率——与之前 10% 的效率相比有了很大的提高。”

这种在刚性陶瓷材料中更为常见的强大机电性能可以为柔性聚合物提供多种应用。由于该聚合物对声波的抵抗力与水和人体组织相似，因此可用于医学成像、水下水听器或压力传感器。张说，聚合物也往往比陶瓷更轻且可配置，因此这种聚合物可以为探索成像、机器人技术等方面的改进提供机会。