首次观察到液体中的压电效应

诸平

Graphical abstract. Credit: The Journal of Physical Chemistry Letters (2023). DOI: 10.1021/acs.jpclett.3c00329. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.3c00329

据物理学家组织网（Phys.org）2023年3月29日报道，美国密歇根州立大学（Michigan State University）的两位化学家，首次观察到液体中的压电效应（Piezoelectric effect in liquids observed for the first time）。相关研究结果于2023年3月9日已经在《物理化学快报》（Journal of Physical Chemistry Letters）杂志网站发表——Md. Iqbal Hossain, G. J. Blanchard. Ionic Liquids Exhibit the Piezoelectric Effect. The Journal of Physical Chemistry Letters, 2023, 14(11): 2731–2735. Publication Date:March 9, 2023. DOI: 10.1021/acs.jpclett.3c00329.两位作者伊克巴尔·侯赛因（Iqbal Hossain）和G. J.布兰查德（G. J. Blanchard）在论文中描述了他们在研究离子液体时偶然观察到的这种压电性。

迄今为止，所有的压电材料（piezoelectric materials）都是固态的。这种材料之所以得名，是因为它有一种特性，它能保持电荷（electric charge），然后在压力作用下释放电荷。这些材料目前用于声纳设备（sonar equipment）、吉他拾音器（guitar pickups）和手机扬声器（cellphone speakers）等产品。在这项新的研究中，这对来自密歇根州立大学的科学家发现了第一个已知的在室温下以液体形式（liquid form）存在的压电材料的例子。

研究人员正在研究离子液体（ionic liquids）的性质，这种液体是由含有不对称的、灵活的有机阳离子（unsymmetrical, flexible organic cations）和对称的弱配位阴离子（symmetrical weakly coordinating anions）的盐类构成的。它们体内的电流会积聚，当它们被挤压（pressed or squeezed）时就会释放出来。当研究人员用活塞对圆筒中的离子液体样品施加压力时，发现了这种液体压电材料（liquid piezoelectric material）。令他们惊讶的是，他们发现这导致了电流的释放。他们还发现释放的电量与施加的压力成正比。进一步的测试表明，当离子液体释放电流时，它们的光学性质会发生变化。在某些情况下，研究人员发现液体会改变光线的弯曲方式。

他们无法解释为什么他们测试的离子液体具有压电特性，但认为施加压力很可能会分离离子液体中的电荷，从而释放出一些电荷。他们计划继续研究这些材料，以便更好地理解为什么它们会以他们观察到的方式表现。

研究人员还指出，液体压电材料可能被证明是有用的，尤其是使用离子液体制造的压电材料，因为它们比固体材料更环保。他们还指出，液体压电材料（liquid piezoelectric materials）可以使器件形状更多样化，从而打开更多的设计机会。

上述介绍，仅供参考。欲了解更多信息，敬请注意浏览原文或者相关报道。

Abstract

The piezoelectric effect was discovered over a century ago, and it has found wide application since that time. The direct piezoelectric effect is the production of charge upon application of force to a material, and the converse piezoelectric effect is a change in the material dimension(s) upon the application of a potential. To date, piezoelectric effects have been observed only in solid-phase materials. We report here the observation of the direct piezoelectric effect in room-temperature ionic liquids (RTILs). The RTILs 1-butyl-3-methyl imidazolium bis(trifluoromethyl-sulfonyl)imide (BMIM⁺TFSI^–) and 1-hexyl-3-methyl imidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl) imide (HMIM⁺TFSI^–) produce a potential upon the application of force when confined in a cell, with the magnitude of the potential being directly proportional to the force applied. The effect is one order of magnitude smaller than that seen in quartz. This is the first report to our knowledge of the direct piezoelectric effect in a neat liquid. Its discovery has fundamental implications about the organization and dynamics in ionic liquids and invites theoretical treatment.