摘要：氧化物/弹性体复合材料在柔性电子与能源器件中应用广泛，但高填料含量会显著降低聚合物网络的熵弹性，因此面临平衡氧化物负载量与形变量的关键挑战。近日，南方科技大学于严淏团队与合作者提出一种界面复合设计策略，通过最小化氧化物在弹性体中的占用体积和和接触面积，同时最大

氧化物/弹性体复合材料在柔性电子与能源器件中应用广泛，但高填料含量会显著降低聚合物网络的熵弹性，因此面临平衡氧化物负载量与形变量的关键挑战。近日，南方科技大学于严淏团队与合作者提出一种界面复合设计策略，通过最小化氧化物在弹性体中的占用体积和和接触面积，同时最大化氧化物与弹性体的结合强度，解耦了负载量与形变量之间的矛盾。含80 vol%氧化物的界面复合材料断裂伸长率达500%，而相同氧化物含量的传统体相复合材料仅为20%。这类材料基于马兰戈尼共组装工艺，通过调控水-油界面张力与界面反应实现组装。该组装策略几乎不受氧化物尺寸、成分和几何形状的限制，可广泛应用于光学、电子、磁性和导热等多种功能氧化物。与体相复合材料相比，界面复合材料实现了更强的磁驱动效应、更低的热阻值，以及显著提升的三维表面贴合性能，为智能电子系统设计提供了新的思路。

该研究以题为“Stretchable composites with high oxide loading”的论文发表在最新一期《Nature Communications》上。

图1：界面复合材料的设计原理与制备过程

与传统的体相复合材料将氧化物填料完全嵌入弹性体基体的做法不同，界面复合材料将氧化物颗粒有序排列在弹性体表面，仅保持最小接触面积。具体而言，研究人员通过共价键接枝疏水性聚合物来精确控制氧化物颗粒在水油界面的界面张力，利用马兰戈尼效应实现界面复合材料在水油界面处的自组装。特别设计的长链聚合物分子与弹性体之间具有良好的相容性，从而形成紧密的拓扑缠结，实现二者的紧密结合。测量显示，界面复合材料中氧化物与弹性体的接触深度仅为球体直径的四分之一左右，这极大地保留了弹性体的熵弹性。

图2：力学性能对比

在力学性能方面，这种界面复合材料展现出显著优势。实验表明，在80 vol% SiO2负载下，界面复合材料可承受400%拉伸而保持完整，而传统材料在20%拉伸时就出现明显裂纹。落球实验可以看出界面复合材料可以承受重量为8.5 g的钢球，在重力方向的拉伸长度达到77.5mm，是其膜厚的15500倍，显示出较高的拉伸性和韧性。除此之外，界面复合材料还保持了较低的弹性模量以及优异的拉伸循环稳定性。值得注意的是，通过精确控制聚合物接枝的数量，研究人员能够实现对氧化物与弹性体接触深度的精准调控，从而按需调整界面复合材料的结构及力学性能。

图3：方法普适性验证

研究团队通过系统实验验证了该方法的广泛适用性。实验证明，界面复合法对不同尺寸的SiO2颗粒（从500 nm到25 μm）都能形成有序单层结构。除了球状填料，该方法还能兼容其他不同形状的填料，如Al2O3微米片以及Al2O3晶须。此外，多种不同组分的功能氧化物（包括TiO2、Fe3O4和MoO3等纳米颗粒、类球形颗粒Mn3O4 以及钙钛矿型氧化物 BaTiO3和SrTiO3等）均可以成功组装成高性能界面复合材料。定量分析显示，在相同拉伸条件下（>400%），界面复合材料可实现90 vol%的氧化物负载量，较传统材料（40 vol%）提升125%，充分证明了该方法的普适性和性能优势。

图4：功能特性与应用展示

除了卓越的力学性能外，界面复合材料在功能特性方面也展现出显著优势。例如，基于Fe3O4的复合材料磁驱动效率（M/G值）达10.4 A·m N-1，较传统材料提升4.5倍；BaTiO3基复合材料在1.2 V电场下即表现出完整的铁电响应。得益于超薄结构（

总结：作者提出了一种氧化物/弹性体界面复合策略，通过最小化氧化物与弹性体的接触面积同时最大化界面结合强度，成功解决了高氧化物负载与高拉伸性之间的矛盾。该策略为开发高性能柔性功能材料提供了新思路，其界面设计理念有望拓展至更多材料体系，推动柔性电子和软体机器人等领域的发展。

课题组负责人简介：

于严淏，南方科技大学材料科学与工程系副教授，2017年博士毕业于威斯康星大学麦迪逊分校，2018-2020年在哈佛大学从事博士后研究，2021年入职南科大。研究方向为柔性电子封装材料与图案化技术，以第一/通讯作者发表论文20余篇，包括Nat. Energy、Nat. Commun.、Adv. Mater. 等，总引用6000余次，获国家优秀自费留学生奖、美国真空协会薄膜研究生奖，获首批国自然海外青年人才项目资助。

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研究领域：

1. 柔性电子封装材料：设计弹性体表面态，研发柔性封装新材料，探索阻隔、力、电、光、热、界面粘附、生物活性等多功能集成，为柔性电子和能源器件提供封装集成方案。

2. 自组装图案化技术：调控界面聚合过程，研发图案胶新材料，发展自组装图案化技术，探索高分辨图案构筑新方法，服务高端芯片研发与制造。

近期研究成果：

1. Y. Zhi, Y. Shao, R. Xia, W. Lin, D. Cai, F. Zhao, J. Dong, Q. Li, Z. Wang, L. Li, L. Gu, P. Tian, Z. He, J. Wang, G. Ning, B. Li, C. Yang, H. Wang, S. Yu, Y. Yu*. Stretchable Composites with High Oxide Loading. Nat. Commun. 2025, 16, 3562.

2. D. Cai, R. Xia, Y. Shao, G. Chen, L. Liu, Y. Li, P. Zhang, Y. Zhi, C. Li, Y. Wen, X. Cheng, J. Liu, Y. Yu*. Mechanically Compatible Sealing of Hydrogel with Coherent Interface. Adv. Mater. 2025, 37, 2414515.

3. C. Li, J. Yao, R. Xia, H. Wang, Y. Shao, M. Chen, Z. Zhang, L. Yan, P. Chan, X. Cheng, Y. Yu*. A Paste-like Polymeric Resist with High Thermal Endurance for Vapor-Phase Bottom-Up Fabrication. Nano Lett. 2025, 25, 3541-3548.

4. Y. Shao, J. Yan, Y. Zhi, C. Li, Q. Li, K. Wang, R. Xia, X. Xiang, L. Liu, G. Chen, H. Zhang, D. Cai, H. Wang, X. Cheng, C. Yang, F. Ren*, Y. Yu*. A Universal Packaging Substrate for Mechanically Stable Assembly of Stretchable Electronics. Nat. Commun. 2024, 15, 6106. (Selected as the Editorial Highlights)

5. H. Zhang, Y. Shao, R. Xia, G. Chen, X. Xiang, Y. Yu*. Stretchable Electrodes with Interfacial Percolation Network. Adv. Mater. 2024, 36, 2401550.

博士后招聘：

方向包括柔性电子材料与器件、生物电子材料与器件、功能高分子材料、原子层沉积技术、图案化技术等。

岗位待遇：

博士后基本待遇：年薪35万左右（含省市补助），并按照深圳市有关规定享受社会保险和住房公积金，此外还享受过节费、餐补、计划生育奖励、高温补贴、免费体检等福利待遇；学校为每位博士后提供在站期间2.5万元的学术交流资助；特别优秀者可以入选校长卓越奖励计划，年薪可达50万元（含省市补助）；符合条件者可申请“广东省海外青年博士后引进项目”，入选者有60万元生活补贴。

课题组激励：课题组有丰富的激励政策，具体面议。

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来源：苗苗聊科学