英文原题：Integration of Interfacial Chemistry-Guided BaTiO3 Nanoparticle Arrangements in Polymer Film Stacks for Pressure-Sensing Devices
通讯作者：李远、李琦、胥蕊娜（清华大学），乔雅丽、宋延林（中国科学院化学研究所）
作者：Wenkun Lv（吕文坤）, Yufan Weng（翁雨钒）, Yumeng Wang（王雨萌）, Mengmeng Guo（郭萌萌）, Xuzheng Sha（沙栩正）, Zhou Cao（曹洲）, Yuhang Liu（刘雨杭）, Haowei Lu（陆浩威）, Ruina Xu（胥蕊娜）*, Qi Li（李琦）*, Yanlin Song（宋延林）*, Yali Qiao（乔雅丽）*, Yuan Li（李远）*
纳米颗粒的精细排列可引发多种纳米尺度效应，如等离子体共振、量子限域和压电响应。在聚合物基材中，纳米填料的有序分布与图案化能够显著调控复合材料的性能。然而，在微观尺度上实现纳米颗粒的精细化操控仍面临诸多挑战，包括界面的不稳定性和颗粒团聚。尤其是在多层结构的制备过程中，这些因素会导致颗粒排列不可控、分布不均，使得实现精细图案化结构十分困难。
图1. 纳米颗粒的限域组装过程
针对上述问题，清华大学化学系李远课题组采用软模版限域组装的方法，以钛酸钡（BaTiO3）纳米颗粒和聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物（P(VDF-HFP)）为模型体系，探索了纳米颗粒在微结构软模板上的沉积行为。该方法通过调控界面浸润性并利用软模板的微结构限制纳米颗粒的运动，从而在聚合物基材上实现了高精度的沉积，组装线的分辨率可达1 μm，集成密度约2000线/cm。该方法能够有效抑制颗粒溶液的扩散，获得均匀有序的结构。此外，该方法还具有良好的普适性，可扩展至多种纳米颗粒体系，如银纳米颗粒、氮化硼纳米片和碳化硅纳米颗粒等。基于逐层沉积的方式，进一步制备了多层结构，并通过模拟分析了不同图案化结构对电击穿和极化行为的影响。同时，还探讨了多层结构在压电传感器中的应用潜力，为纳米复合材料在聚合物基微电子器件领域的应用提供了新的思路。
图2. 基于多层结构制备的压电传感器
研究成果以“界面化学诱导的钛酸钡纳米颗粒在聚合物薄膜中的排列及压力传感应用（Integration of interfacial chemistry-guided BaTiO3 nanoparticle arrangements in polymer film stacks for pressure sensing devices）”为题发表于ACS Nano。清华大学吕文坤博士与翁雨钒博士为论文第一作者；清华大学化学系李远副教授、电机系李琦副教授、能动系胥蕊娜教授，以及中国科学院化学研究所乔雅丽研究员、宋延林研究员为共同通讯作者。论文的其他合作者还包括王雨萌博士、郭萌萌博士、沙栩正博士、曹洲博士、刘雨杭博士和陆浩威博士。
研究得到国家自然科学基金委基础科学中心项目、国家重点研发计划、北京分子科学国家研究中心以及清华大学笃实计划与自主科研计划等项目的支持。
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Integration of Interfacial Chemistry-Guided BaTiO3 Nanoparticle Arrangements in Polymer Film Stacks for Pressure-Sensing Devices
Wenkun Lv, Yufan Weng, Yumeng Wang, Mengmeng Guo, Xuzheng Sha, Zhou Cao, Yuhang Liu, Haowei Lu, Ruina Xu*, Qi Li*, Yanlin Song*, Yali Qiao*, Yuan Li*
ACS Nano 2025, 19, 39, 34819–34829
https://doi.org/10.1021/acsnano.5c10504
Published September 22, 2025
© 2025 American Chemical Society
导师介绍
李远
https://www.x-mol.com/university/faculty/367733
（本稿件来自ACS Publications）