东南大学研发可拉伸分子铁电声学纤维:应变条件下灵敏度提升一倍

随着柔性电子技术走向人体皮肤界面等更复杂的应用场景,传统压电材料的局限愈发突出。无机压电陶瓷性能出色但不够柔韧,有机聚合物虽然可拉伸却灵敏度有限,此矛盾长期影响可穿戴设备、医疗监测等方向的继续发展。针对这一瓶颈,东南大学吴俊教授团队采用静电纺丝技术,将具备钙钛矿结构的TMCM-CdCl₃分子铁电晶体嵌入TPU基体。研究显示,单极相互作用、范德华力等多重分子键合作用下,材料在高压电场中形成定向极化排列——在保持晶体压电性能的同时——提升了复合材料的机械表现。实验结果表明,该纤维传感器在拉伸状态下呈现“应变增强效应”:声学灵敏度由15.03 mV/dB提升至30.16 mV/dB,相比传统材料提高约100%。在器件设计上,团队引入液态金属/TPU复合电极,并通过五层互锁结构,使传感器在动态形变过程中仍能保持稳定导电。该技术具备多上应用潜力:在医疗场景中可用于贴肤式持续健康监测;在智能机器人领域有助于提升复杂环境下的交互与感知能力;其宽频响应也为声学成像等应用提供了新的实现路径。研究团队表示,下一步将重点推进材料的规模化制备工艺,并提升环境稳定性。

可拉伸声学传感正从“能用”走向“更好用”,并深入迈向“在形变中更敏锐”;通过材料界面设计与器件结构的协同优化来提升动态信号质量,不仅为柔性电子拓展了更贴近人体与真实环境的应用空间,也提示未来智能感知系统需要面向复杂场景开展更扎实的源头创新与系统验证。