北航科研《Science》再获突破！柔性磁电材料研究成果显著

北航科研再传喜讯！北京航空航天大学化学学院和仿生界面材料科学全国重点实验室刘明杰教授、李景教授团队，与材料科学与工程学院赵立东教授团队，在柔性磁电材料方面取得最新研究进展，相关成果发表于《Science》。

2025年8月8日，国际顶级学术期刊《Science》以在线全文Research Article形式发表了北航团队在柔性磁电材料领域的最新研究：《Strain-coupled, crystalline polymer-inorganic interfaces for efficient magnetoelectric sensing》。该研究通过界面共晶策略成功制备高性能聚合物 - 无机纳米复合薄膜，为柔性磁电材料设计与应用开辟新路径。团队对铁磁性二硒化钒（VSe₂）单层表面进行重氮化修饰，在铁磁性纳米片与铁电性高分子聚偏二氟乙烯（PVDF）间构建亚分子级平整界面结构。这种高度结晶的复合界面抑制能量耗散、提高能量传递效率，制得的复合薄膜磁电性能卓越，磁容系数达23.6%，磁电响应速度超快（1 ms - 1）。该器件还实现与热电器件交叉集成，集成器件信号输出稳定，为可穿戴设备创新发展提供新策略。

第一作者是博士生何彬彬，通讯作者为刘明杰教授、赵立东教授、李景教授，第一单位是北京航空航天大学。

在科技发展中，材料科学引领创新。随着电子设备向柔性化、可穿戴化、智能化发展，磁电材料成为研究焦点。其磁容效应在器件集成领域受关注，力 - 磁 - 电多场耦合特性利于在航天器中应用。然而，单相磁电材料磁电耦合系数低，复合材料虽有改进，但现有材料多为刚性无机体系，难以满足柔性可穿戴需求。以铁电高分子为基质又面临能量耗散问题，制备强磁电耦合的柔性复合材料是重大挑战。

针对难题，本研究提出界面共晶策略，制备出高性能柔性磁电纳米复合材料。VSe₂单层表面官能团促进晶格松弛，形成亚分子级平整界面，诱导PVDF为电活性β晶型。该材料具有高含量有序β相晶型和低能耗散界面两大优势。通过重氮盐修饰解决纳米片褶皱与团聚问题，纳米片均匀分散增大界面比表面积。采用纳米限域去浸润法制备薄膜，提升磁电效应与传感性能。

图1 高性能磁电薄膜的制备。（A）典型聚合物基铁性材料的性能雷达图对比。（B）传统颗粒基磁电复合材料与层状磁电复合材料的结构示意图。（C）VSe2、重氮化修饰VSe2以及诱导PVDF的β相成核示意图。（D）磁电薄膜的制备过程与机理示意图。

研究团队分析磁电耦合机理，发现铁电相与铁磁相的共晶界面是能量传递关键。纳米片含量达到临界阈值时，形成有序界面，降低能量耗散，实现强磁电耦合。实验表明，复合薄膜响应速度快，磁容系数优于传统材料。

图2 纳米复合薄膜的磁电耦合机理以及性能对比图。（A）低结晶度和（B）高结晶度下磁电耦合过程的机理示意图。（C）磁电传感器的响应速度对比图。（D）磁电复合薄膜的磁容系数对比图。

基于薄膜优异特性，团队制备可穿戴磁电传感器。该传感器能实时监测磁场，与热电冷却模块集成后稳定性提升，磁容系数在宽温域内稳定。

图3 磁电传感器的多功能应用。（A）可穿戴磁容传感器的结构示意图及其（B）对生活中多种磁场的检测结果。（C）在外加磁场下集成或不集成热电冷却器的电容值。（D）不同温度下的磁容系数，插图显示了热电冷却器的均匀温度分布情况。

综上，研究人员制备的柔性聚合物 - 无机复合薄膜磁电耦合性能超强，验证了其在可穿戴磁电传感器领域的应用潜力，为可穿戴电子设备开发提供创新方案，有望推动相关领域器件革新。

该工作得到中国科学院江雷院士指导，王栋研究员、冯林教授等提供支持，研究受多项项目资助。

研究链接：

https未来，北航科研团队将继续深耕材料科学与交叉学科领域，以原创成果推动前沿技术突破，为科技强国建设贡献北航智慧！

出品 | 航小萱®工作室

素材来源｜材料科学与工程学院 化学学院

编辑 | 李婧馨

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