近日，北京大学董蜀湘教授课题组提出了一种基于机械取向应力场制备压电聚合物PVDF纳米复合材料的新方法，无需传统的高电压极化。研究发现：机械取向应力场可以诱导PVDF共聚物从无序、星状纳米晶，转变为有序、自极化的纤维链状纳米晶，无需任何高电压极化，就显示出同传统高电压极化后相当的压电与机电耦合特性。此外，利用材料3D打印技术制造了一种7层自供电圆形压力传感器，并用于自供电压力传感器阵列。在动态压缩力作用下，该传感器显示出235 mV/kPa的高灵敏度和0.9 mW/cm²的高功率密度，比传统高电压极化后的单层PVDF传感器的力-电灵敏度高了近8倍。最后，3D打印制备了自供电、可实时显示的发光触觉（3×3）传感器阵列，证实了其实际应用的可行性。

(a) 有序链状纳米纤维；(b) 自供电圆形压力传感器的输出电压与压强的关系；(c) 自供电圆形压力传感器的功率密度与负载电阻的关系；(d) （3×3）实时发光触觉传感器阵列示意图；(e) 按下相应的触觉传感器时对应的LED灯亮的照片

可实现机械能和电能之间转换的压电材料广泛应用于集成微电子系统中。其中，锆钛酸铅（PZT）基陶瓷以及最新的铌酸钾钠（KNN）基无铅压电陶瓷等表现出优异的压电性能，但由于陶瓷的脆性、易碎等不足，在柔性电子器件制备与应用方面遇到许多困难。此外由于压电陶瓷制备过程中需要较高的温度，PZT陶瓷也难以集成到硅基微系统中。在这种情况下，有机聚合物聚偏氟乙烯（PVDF）材料更具吸引力。

该成果发表在《纳米能源》（Nano energy），题目为“A poling-free PVDF nanocomposite via mechanically directional stress field for self-powered pressure sensor application”。该成果第一作者是北京大学材料科学与工程学院博士生袁小婷，合作者包括深圳大学曹艳研究员，董蜀湘教授为该论文通讯作者。