北航团队 “界面共晶” 策略突破磁电聚合物 - 无机纳米复合材料应用瓶颈

磁电传感作为柔性电子的重要方向，传统材料因磁性与铁电性冲突、应变传递效率差等问题限制了实用化。北京航空航天大学刘明杰教授、赵立东教授以及李景准聘教授提出 “界面共晶” 策略，成功制备出高性能磁电聚合物 - 无机纳米复合材料，相关成果发表在《science》上。 磁电传感虽有感知电场与磁场、耗能极低的优势，但传统单相材料磁电耦合系数偏低，无机 / 聚合物复合也因界面和链段问题导致磁容系数难超 1%。北航团队的 “界面共晶” 策略，先利用重氮盐化学在单层 VSe₂上接枝对 - 羧基苯基形成亚分子级平整铁磁面，再通过纳米限域退湿工艺使 β - 相 PVDF 链定向结晶形成超晶格膜。

在制膜原理与宏观性能方面，新膜相较于传统 PVDF 在 β - 相含量、d₃₃及 g₃₃上全面提升，磁容 / 机械指标领先。作者展示了 VSe₂改性前后的变化，通过纳米限域退湿可制得大面积柔性膜。 在结构与取向调控上，透射电镜证实单层 VSe₂高质量，重氮改性后表面平整，纳米片在膜中排列有序，为共晶奠定基础。 界面共晶与 β - 相增强过程中，实时 XRD 捕捉到协同结晶过程，β - 相含量提升，多种测试方法揭示了氢键作用及对电 - 磁耦合的促进。 力 - 电 - 磁综合性能上，纳米畴可翻转，膜的热稳定性增强，磁滞回线显示磁性变化，共晶界面抑制了粘弹耗散。 快速、稳定的可穿戴磁电传感方面，响应时间缩短至 1ms，磁容系数超越多种磁电材料，腕带式传感器能精准读取磁场，与热电冷却片集成后性能稳定。 北航团队通过 “界面共晶” 策略制备的复合材料，在柔性平台上实现巨磁电效应与毫秒级响应，为下一代可穿戴磁电器件提供了高灵敏、低能耗与规模化路线。未来，该应变耦合框架有望与多种技术深度整合，构建自供能、环境自适应的微型化智能系统，推动磁电传感领域的进一步发展。