柔性压电材料在可穿戴电子、健康监测及软体机器人等领域潜力巨大。有机压电聚合物（如PVDF及其共聚物）因其良好柔韧性备受关注，但普遍存在压电系数偏低、灵敏度不足的瓶颈。同时，为提升传感性能引入的多孔结构往往显著削弱材料的机械强度和耐久性。因此，开发兼具高灵敏度压电输出与优异机械韧性的柔性材料，尤其是解决多孔化带来的力学性能劣化问题，成为该领域亟待突破的关键挑战。

李琦教授团队最近在柔性压电材料的研究中取得了新进展，开发了一种高效且简便的方法用于制备了具有两种不同孔隙类型的多级多孔聚偏氟乙烯（PVDF）压电泡沫，相比于传统模板浇铸或冷冻干燥制备的柔性压电聚合物，能够更好地实现材料机械柔韧性和压电输出性能的协同提升，在柔性传感领域的应用更具潜力。

1 文章简介

该项研究通过表征测试和有限元仿真的方法对于两类孔隙结构的性能影响机制进行探究，结果发现，三维网络孔隙结构大大降低了样品的弹性模量，不仅使样品在相同载荷下整体具有更大的压缩应变，而且应力集中点分布在内部孔壁上，比致密结构内部的最大应力高 ~ 20倍，这些位置产生了更强的结合电荷；网络状基体表面的微孔则显著增强了界面电荷极化效应，使得更多的电荷被局部捕获在样品的内表面。

两类孔结构的协同机制促使器件能够产生更高效的载荷传递和信号放大，表现出比致密或单一孔样品更优异的电压输出和灵敏度。这项工作提出了一种新型的双级孔结构材料构筑策略，为压电器件材料的结构设计提供了新思路。

相关研究以“Enhanced piezoelectric output performance in flexible polyvinylidene fluoride foam with a hierarchical dual-pore structure”为题在线发表于《Journal of Materials Chemistry C》。西南交通大学材料学院博士研究生陈煦芬为论文第一作者，李琦教授为论文的通讯作者。该项工作得到了国家自然科学基金、四川省应用基础研究计划以及中央高校基本科研业务费科等项目的支持。

2 讨论&总结

Graphical Abstract

图1 双级孔PVDF机械性能与介电特性表征测试

图2 本研究中多孔柔性压电材料性压电能输出测试

图3 有限元仿真结果与孔隙增益性能的机制示意图

此项研究设计并制备了一种具有分层双孔结构的PVDF压电泡沫。其中，基于镍泡沫模板形成的宏观三维互连孔网络结构提高了材料的压缩性能，优化了载荷传递模式；而聚合物熔融成型过程中PVDF基质内部的微孔则进一步增强了材料的柔韧性和降低了介电常数，并增强了材料内部的界面极化效应。

研究发现，这两种孔结构共同促进了PVDF泡沫压电响应的增强，当压缩载荷为0.5 N时，具有双孔结构的PVDF泡沫显示出~ 4.68 V的压电输出，相比同体积致密样品高出~ 232%，而质量仅为致密样品的30%。此外，该泡沫在数千次循环中保持稳定的压电输出，并且在较宽的低压缩载荷范围内表现出更高的灵敏度（11.6 V/N）。

原文链接：https://doi.org/10.1039/D5TC00629E