IF=19 | 我院研究生张初琦在Advanced Functional Materials以共同第一作者发文

2026年03月20日 0
导读：
      可拉伸传感器是人机交互、健康监测的核心。然而，传统导电弹性体存在“先天缺陷”，即导电填料与柔性基体的弱界面结合，在长周期拉伸下易滑移剥离，导致电信号漂移、滞后严重，制约高保真传感应用。近日，上海交通大学、中国科学院上海硅酸盐研究所、北京大学、哈尔滨工程大学等研究人员，创新地提出了一种“脱氯触发纳米焊接”策略，在柔性电子材料领域了取得重大突破。相关研究成果“Dechlorination-Triggered Nano-Welding: A Universal Strategy for Ultra-Stretchable, Low-Hysteresis Conductive Elastomer”已发表于材料科学领域国际权威期刊《Advanced Functional Materials》(影响因子19)，其中，航空航天学院23级硕士生张初琦为本文共同第一作者，范寅副教授为本文的共同通讯作者。范寅副教授团队在分子动力学模拟方面开展了系统性研究工作，从原子尺度揭示了界面微观机制，为理解材料的优异性能提供了关键理论支撑。
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化学焊接+物理互锁：脱氯触发纳米焊接构建双重强化界面

      此前，解决导电弹性体界面问题的传统策略分为两类：基于氢键、π-π堆积的物理吸附与化学接枝的共价修饰。前者界面结合弱，后者破坏碳管本征结构，二者始终在“强结合”与“低电损”间难以兼得（图1a）。针对这一瓶颈，研究团队提出“脱氯触发纳米焊接”策略，从源头重构界面结合模式：以聚氯乙烯为前驱体，通过密封热解在碳纳米管表面原位构筑氯掺杂石墨烯分支拓扑结构（Cl-G/CNTs）；将其引入硅胶后，热固化触发脱氯反应，释放的氯自由基与硅胶链共价交联形成界面C-C键，同时石墨烯分支通过纳米力学互锁增强界面锚定（图1b&c）。这种“化学键合+物理互锁”的双重协同强化，使材料综合性能显著优于现有体系（图1d），从根源上破解了柔性电子的信号漂移难题。
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图1. 脱氯触发纳米焊接策略示意图

 

分子动力学模拟：原子尺度揭示纳米焊接机制

      为揭示“化学焊接”界面的微观本质，研究团队借助分子动力学模拟，在原子尺度追踪了纳米焊接的演化过程。模拟直观呈现了界面成键的关键行为：仅在400K热激活条件下，氯自由基从Cl-G/CNTs表面解离后主动捕获硅胶链，形成稳定碳-碳共价键，证实脱氯反应是界面键合的触发开关（图2a）。更重要的是，模拟从力学本源阐明了界面强化机制：传统CNTs/硅胶仅依赖弱范德华力，而纳米焊接界面实现了真正共价一体化（图2b&c）。此外，模拟揭示的石墨烯分支密度与界面韧性的构效关系，为界面拓扑结构优化提供了理论依据。分子动力学模拟不仅验证了纳米焊接的可行性，更为界面工程的理性设计奠定了基础。
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图2. 纳米复合材料界面行为的分子动力学模拟

 

      本研究创新性地提出“脱氯触发纳米焊接”策略，并借助分子动力学模拟在原子尺度揭示了界面共价键合与机械互锁的双重强化机制，不仅破解了导电弹性体长期存在的界面滑移难题，还实现了从人体表皮到水下环境的跨场景高保真感知。该策略有望作为一种普适性机制，在可穿戴健康监测、人机交互、水下机器人等领域的高性能柔性电子器件中发挥关键作用，为国家智能传感与深海探测等战略需求提供科技支撑。

      未来，范寅副教授团队将继续深耕分子动力学模拟，从原子尺度揭示更多材料体系的性能演化规律，为新型高性能材料的理性设计与发现注入源头创新活力。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.74786