近日，我院曹美文教授团队在国际顶级期刊《Advanced Fiber Materials》上发表题为“Molecular Entanglement and Interface Locking by Inorganic Sub‑nanowires for Concurrent Mechanical and Piezoelectric Reinforcement in Polymer Composites”的研究论文。论文第一作者为我院2023级博士研究生熊英硕，通讯作者为曹美文教授，徐文龙副教授，张红娣副教授、张群高级研究员。该工作得到国家自然科学基金、山东省自然科学基金的项目支持。
随着柔性电子、可穿戴设备与健康监测技术快速发展，兼具高力学性能与高压电响应的柔性传感材料成为核心技术瓶颈。聚偏氟乙烯（PVDF）作为常用压电聚合物，存在压电响应不足、力学与压电性能难以协同提升、β晶相稳定性差等问题，传统纳米填料无法从分子尺度实现高效界面耦合，限制其在高精度可穿戴器件中的应用。为此，太阳成集团tyc33455生物与能源化工团队提出亚纳米线分子锁定策略，利用钙-多金属氧酸盐亚纳米线（Ca-POM SNWs）与PVDF链的分子缠结与离子‑偶极作用，突破性能权衡困境，实现力学与压电性能同步大幅增强。
该工作提出了一种巧妙的“分子战术”。引入直径小于1 nm的无机亚纳米线（Ca-POM SNWs），通过分子缠结与界面锁定的协同作用，一举打破了PVDF的性能僵局。研究者们巧妙地利用Ca-POM SNWs类似于无机聚合物的这一特性，与PVDF链在三维空间内相互缠绕，形成了一个双网络互穿结构。这种物理缠结能有效耗散能量，防止应力集中。此外，静电纺丝使Ca-POM SNWs取向排列形成周期性结构，进一步提升复合材料压电性能。Ca-POM SNWs与PVDF之间的强离子-偶极界面作用，迫使PVDF链按照特定的全反式构象（TTTT）排列，将PVDF链稳定地锁定在压电性能最强的β相晶型，β相含量从43.6%提升至97.9%。这种力学与压电性能同步提升的效果，突破了传统纳米填料的性能瓶颈。亚纳米级填料与聚合物链尺寸匹配，可实现分子缠结与稳定界面锁合，获得前所未有的性能协同效应。最后，本研究将PVDF/Ca-POM复合纤维膜集成于智能鞋垫，构建柔性传感器阵列，结合机器学习算法，实现对6种人体运动状态的100%精准分类，展现出在糖尿病足溃疡（DFU）早期预警与连续监测中的应用潜力。
文章链接：https://doi.org/10.1007/s42765-026-00697-z
