北京
本报记者 车 斌
尼龙，这种以韧性著称的常见材料，出现在服装、绳索、轮胎帘子线等日常用品中。但因其内部电荷排列无序，很难被视作发电材料。近期，澳大利亚皇家墨尔本理工大学研究团队在《自然·通讯》杂志上发表了一项突破性成果。他们开发出一种柔性尼龙薄膜，可以通过挤压产生电能，即使被汽车多次碾轧，依然能稳定发电。这项新技术让尼龙兼具韧性与高压电性能，为其应用于可穿戴设备、智能基础设施等奠定基础。
该论文联合通讯作者阿姆加德·雷兹克副教授在接受本报记者采访时介绍，柔性尼龙薄膜使用的是尼龙11，原料取自可再生蓖麻油，其本身就以坚韧耐磨著称，且具备可降解特性。在实验中，借助专门的电声耦合平台，在压电衬底上施加兆赫兹级高频电信号，可同时产生局部高电场和强烈的表面振动。这种声波与电场的协同作用实现了两大关键效果。首先，促使尼龙11形成一种压电性能极强的特殊晶体结构。通俗来说，普通尼龙内部的分子像一盘散沙，受力时无法产生明显的电信号；而这种特殊晶体结构则能让分子像士兵一样整齐列队，从而赋予材料将机械能转化为电能的能力。过去，想要获得这种晶体结构需要极其复杂的低温拉伸工艺，而该团队利用电声耦合技术，一步到位地诱导出了高度有序的分子结构，从根源上赋予了材料高效发电的能力。其次，同步完成材料的电极化规整，使所有分子电荷方向统一，省去了传统工艺中先诱导特定晶相再施加高压进行极化处理的繁琐步骤，消除了规模化制造的主要障碍。
经过这样处理的尼龙薄膜，在严苛环境下依然能持续发电。论文第一作者、博士研究生罗伯特·科姆列诺维奇表示：“这种薄膜设备极其坚韧，即使经历折叠、拉伸，甚至被汽车碾轧，依然能持续发电。”这种既柔韧又耐用的特性，使其在传统可穿戴设备领域大有用武之地。例如，嵌入衣物或鞋垫的尼龙薄膜，可将人体运动产生的机械能转化为电能，为随身传感器或微型电子设备供电，无需频繁更换电池。更具想象力的场景在基础设施领域。雷兹克说，在道路基础设施中嵌入尼龙薄膜，能将过往车辆产生的机械振动转化为电信号。这些信号既可用于监测和统计车流量，也能为分布式传感器、交通标志或其他道路智能技术提供辅助电源，为搭建大面积、长寿命的能量收集系统开辟了新路径。
郑州大学橡塑模具国家工程研究中心副教授陆波对本报记者表示，这项研究的核心创新在于，将兆赫兹级电声耦合技术引入压电聚合物的聚集态结构调控，突破了尼龙11等非氟压电材料在晶相、取向与极化方面难以同步优化的技术瓶颈。该工艺具有一步完成、低能耗的优势，而且其原料兼具可回收与可生物降解特性，为化解传统含氟压电材料(如PVDF)带来的环境风险提供了绿色方案，也为可持续能量采集、可穿戴医疗及人机交互等柔性电子器件奠定了材料基础。
不过，从理论实验走向产业化，该成果仍面临不小的挑战。陆波认为，目前该技术仅在实验级小尺寸样品上获得验证，大面积制备中的声场均匀性、高温高湿环境下的性能稳定性仍有待突破，且衬底工艺与现有薄膜产线的兼容性尚需进一步验证。“开发规模化、符合工业标准的生产设备和工作流程，将是迈向商业化部署的重要一步。”雷兹克表示，这不仅涉及如何制造出更大尺寸的薄膜，还在于如何从工业化量产的角度优化制造参数。目前，该团队正积极与纺织品制造商、可穿戴技术公司等探讨合作，推动这一新材料早日应用于实际产品与基础设施中。
《 人民日报 》( 2026年08月28日 15 版)
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