柔性電子技術正帶來一場智能可穿戴技術革命，而鐵電材料將在柔性電子領域扮演重要角色。鐵電材料是一種具有自發極化，且能夠實現機械能和電能轉換的功能材料。但塊體鐵電氧化物表現出一定脆性和剛性，如何在鐵電薄膜中實現超彈性和柔性，并將其應用在柔性電子器件中是目前亟待解決的問題。
聚焦此關鍵科學問題，西安交通大學教授劉明、丁向東課題組合作，對鐵電單晶薄膜材料柔性和彈性的力學行為進行了深入研究，并取得了重大突破。
他們采用水溶性的Sr3Al2O6作為犧牲層，制備并剝離出大面積的自支撐BaTiO3（BTO）單晶鐵電薄膜，通過納米機械臂對其進行原位彎曲實驗，發現BTO薄膜能夠實現180°折疊，其承受的最大彎曲應變高達~10%。實驗還發現在對其進行大角度壓縮后，隨著外力撤去，BTO薄膜的形狀能夠回彈，展現出超彈性行為。進而采用原子模擬計算發現，BTO薄膜的超彈性可能起源于鐵電納米疇在大應變梯度下a和c鐵電疇的可逆翻轉。同時在a和c鐵電疇之間產生了極化的連續翻轉，有效降低能量勢壘，避免了因為疇翻轉而可能導致的斷裂。另外在彎曲狀態下，大應變梯度也將誘導出顯著的繞曲電效應，實現基于力電耦合的功能器件一體化，從而進一步加強基于柔性單晶鐵電薄膜相關器件的功能性。
基于以上研究結果，可以預期其他鐵電體中也存在類似力學行為，為其他鐵電單晶薄膜中實現超彈性提供了實驗依據。此外，具有超彈性的柔性鐵電薄膜也是良好的電場調控介質，將其與柔性鐵電薄膜復合，可避免傳統多鐵薄膜異質結中存在的襯底束縛作用，并顯著提高磁電耦合效應，為未來開發新型小電場可調的柔性磁電器件奠定基礎。
