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清华大学在《自然·通讯》发表本征柔性无机压电亚纳米线研究成果

中国纺织报-产业用2026-10-12 00:00查看原文 ↗

✦产业研判

产业概括：清华柔性压电材料研究获进展

清华大学团队在《自然·通讯》发表研究，合成无机压电多金属氧酸盐基亚纳米线ZnBiPMo₁₂，具有本征柔性、手性、24.9 pC/N压电系数及铁电性。基于该材料的压电电子皮肤可灵敏检测微小压力，并集成无线可穿戴生物电子器件，实现非侵入多模态生理信号监测，结合机器学习可识别表情和口语词。该工作展示了从亚纳米材料到无线系统的可扩展制造路径，为柔性电子与智能穿戴提供新材料方案。

方向中性强度弱周期长期

关键观察变量

亚纳米线材料规模化制备可行性、压电电子皮肤长期稳定性与耐久性、无线生物电子系统集成度与功耗、与现有纺织/柔性基底兼容性、成本与量产工艺成熟度、下游可穿戴设备厂商采用意愿

判断边界该研究处于实验室阶段，未涉及纺织服装产业链的原料、纱线、面料、服装或流通环节，无批发市场商户、客流、租金、招商等直接数据。当前不能推导出对纺织服装产业或批发市场的实际影响，也无法判断商业化时间表。

压电效应通过自发极化将机械能转化为电能，凭借高机电转换效率、快响应和长期稳定性，压电材料被广泛用于传感器、能量收集器和换能器。然而，无机压电材料虽具有高压电系数和机械强度，却极端脆性，难以适应复杂曲面或弯曲折叠应用。亚纳米线（SNW）直径与线性聚合物和单链DNA相当，提供柔性一维骨架；其超高表面原子比和表面能使其可发生原子重排并扭曲，即使在非手性环境中也能产生自发结构对称破缺。这种本征结构柔性、晶格畸变和构象不对称性不依赖特定化学组成，使SNW成为柔性无机压电材料的理想候选。

可穿戴生物电子（WBE）集成实时生物传感、微纳制造和无线通信，在健康管理、医疗康复和人机接口中日益重要。压电电子皮肤（PE-skin）能将机械刺激转化为电信号，适合WBE开发，但许多轻量PE-skin仍缺乏稳健的实时无线数据传输能力。利用SNW与聚合物的兼容性，制备SNW基PE-skin有望兼顾结构柔性和高压电性能，从而构建全集成无线WBE系统。人机接口（HMI）可与人体和WBE无缝整合，准确解码生理和行为意图，但现有多数系统仍面临多功能性、佩戴舒适性、长期稳定性和用户移动性之间的权衡。因此，开发基于SNW基PE-skin的无线、非侵入、多模态WBE，对实现实时、准确且用户友好的HMI系统具有重要意义。

在此，清华大学王训教授、刘清达博士合作，合成了无机压电多金属氧酸盐基亚纳米线ZnBiPMo₁₂，其具有本征柔性和手性、24.9 pC/N的压电系数及显著铁电性。基于ZnBiPMo₁₂的PE-skin（1）表现出高弹性和对0.045–0.319 N微小压力的敏感性。通过多级组装制备的无线可穿戴生物电子器件（1A）能非侵入、多模态监测人体生理信号，包括细微肌肉收缩、眨眼、呼吸和全天心率。集成机器学习系统后，基于1的面部-计算机接口（1B）可准确识别九种情绪表情和十二个口语词。

这项工作不仅引入本征柔性无机压电材料，还展示了从亚纳米材料到无线WBE的可扩展制造，为非侵入多模态生理监测和先进人机交互铺平道路。相关论文以“Intrinsically flexible inorganic piezoelectric subnanowire enables wireless wearable bioelectronics for non-invasive multimodal human-machine interf acing”为题，发表在《Nature Communications（自然·通讯）》上。