“弯曲”材料可以产生电信号，说的就是挠曲电效应，这是智能材料领域的一项热门研究。

挠曲电效应，是指通过非均匀变形引起材料正负电荷中心分离，进而产生电压的一种效应。十余年来，西安交通大学申胜平教授领衔的智能材料与结构研究团队，致力于挠曲电材料与结构的力电耦合理论及应用研究，在这一曾经的冷门专业，攻克了诸多热点难题，取得了一系列备受瞩目的成果。

聚焦“冷门”

创新思路获得国际认可

“与传统压电效应不同，挠曲电效应在所有电介质中存在，且在微纳尺度可极大提升材料的换能效率。此外，挠曲电材料克服了压电材料的缺点，绿色无害，在智能材料与结构领域显示出了广泛的应用前景。”西安交通大学智能材料与结构研究团队成员梁旭介绍，近年来随着微纳米技术的不断发展，挠曲电效应在传感、能量采集等领域显示出了巨大的应用前景，逐渐成为国内外学界研究的热点问题之一。

然而十多年前，尽管已有学者发现了挠曲电效应，但由于压电能产生较强的电信号，国际学界的关注重点都聚焦在压电领域，关于挠曲电效应的研究鲜有人问津。由于压电效应在应用材料体系受限较大，本来专注于研究压电的申胜平教授，将目光转移到当时冷门的挠曲电效应研究方向，并于2008年成立了国内首个开展挠曲电效应理论研究的团队。

挠曲电理论的数学描述、本构方程，要比传统的压电理论复杂得多，且理论推导需要严密、大量的数学推断过程。因此，如何建立基于挠曲电效应的力电耦合理论，便成为摆在研究者面前的第一道难题。

“在那段时间里，我们几乎翻阅了所有相关的文献资料，进行公式的反复推演，一心只希望能早日把这个研究搞出来。”正是凭借着执着和钻研劲儿，团队仅用了不到两年时间，就建立了挠曲电纳米材料连续介质理论，推动了多场耦合力学的发展。该研究被欧美学者以申胜平名字命名(Shen Formulation)，称其为“开创性的研究”“开创性的理论框架”。在该理论指导下，团队又在不到10年的时间里建立了系列分析模型，为微纳智能结构性能分析和稳定性分析，以及挠曲电智能器件设计提供了理论基础和新思路，得到国际学界的广泛肯定。

付诸实践

面向国家重大需求

在申胜平看来，科学研究不应仅仅停留在理论层面，更要面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求。随着智能材料成为我国国防、航空航天等重要领域所需的核心材料之一，如何尽快将挠曲电理论应用于具体实践，设计出挠曲电智能器件成为申胜平团队进一步的重点工作。

团队成员邓谦在国外从事博士后研究期间，研究的方向就是挠曲电。“申老师在这方面的研究已经比较前沿，所以毕业后我就加入了他的团队。”在实验中，邓谦发现，最常用的挠曲电陶瓷易断裂、变形小，只有在微纳尺度才能产生大的应变梯度，而聚合物材料柔性好，即使在宏观尺度下也可以承受很大的应变梯度。一般聚合物材料的挠曲系数远远低于陶瓷，即便施加大的应变梯度，也难以得到强挠曲电效应。

面对这一难题，邓谦带领学生设计制备了一种携带永久电荷的新型电活性材料，成功预测并验证了其中的类挠曲电效应，将该聚合物材料中的挠曲电效应提高了100倍，大幅度提升了其挠曲电系数，为在宏观尺度上应用挠曲电效应提供了可能性。“我们相信，这一材料将在柔性传感器、驱动器等方面广泛应用。”邓谦满怀信心。

该团队成员来自力学、航空宇航、材料等不同专业，平均年龄不到40岁，充满了研究活力。“突出学科交叉，是智能材料领域发展的新方向。”梁旭介绍，“最开始，我们都是搞力学出身，可做研究单凭力学专业还远远不够，需要电学、材料学、化学等方面的知识。团队成员研究学科的交叉，为我们在这一领域深耕奠定了良好的基础。”

团队成员补学了大量其他学科的基础理论，与西安交通大学机械学院、电气学院、材料学院等搭建实验室，开展了一系列跨学科合作。现如今，团队也吸纳了具有机械、电气、材料、力学等专业学科背景的30余名学生。

学科交流

挠曲电效应国际研讨会成功举办

2019年8月，由西安交通大学航天航空学院主办的“2019年国际挠曲电理论与应用研讨会”成功召开。研讨会邀请了来自国内外高校及科研院所的50余位权威专家学者，就当前智能材料领域备受关注的研究热点问题，进行了深入而系统的学术成果交流。这是国际上首次举办的挠曲电研究专题研讨会，对于促进学科交流与合作、推动挠曲电效应及相关研究领域的发展具有重要意义。

“目前，国际上在挠曲电方向的研究力量相对比较分散，缺乏有效的交流途径。而我们搞这项研究用了十多年，所以希望能主办这一专业研讨会，推动挠曲电效应这一新兴研究方向在各领域的应用与发展。”申胜平团队已计划好，2020年还要举办第二届研讨会，希望能够推动该研究领域在国际上的发展。

谈到未来发展，申胜平团队成员们表示说：“与国家同向同行，为国家民族勇于担当，努力践行西迁精神，把爱国之情、报国之志落实到行动中，撸起袖子加油干，创造属于我们交大人的新贡献！”