Shu-Gui Yang,* Zheng-Yang Zhang, Liang-Qing Zhang,* Jiaming Cui, Jun Lei, Feng Liu, Xiang-bing Zeng, Goran Ungar*. Macromolecules 2025, 58 (18), 9887–9896

高的压电电压系数（灵敏性）和高的熔融温度（工作温度）是聚偏氟乙烯（PVDF）作为高性能柔性传感器应用的关键。众所周知，PVDF的压电响应随着非中心对称极性晶相的相对含量(X_β+γ)增大而增大，同时也伴随着伸直链晶相对含量(F_ECC)的增加而增大。

图1、聚偏氟乙烯伸直链晶相对含量, F_ECC（a）和极性晶相结晶度, X_β+γ（b）的温度-压力窗口，结晶温度范围（160 °C–250 °C），压力范围（100 MPa–600 MPa）。

图2、不同压力和温度条件下聚偏氟乙烯结晶样品的压电性能。

在本工作中，我们采用压力淬火的方法研究了压力范围（100-600 MPa），温度范围（160-250 ºC）下PVDF不同晶相（α，β，γ）和不同结晶形态（折叠链晶和伸直链晶）的结晶行为。我们呈现了通过高压六方中介相制备PVDF高X_β+γ和F_ECC的温度-压力窗口，相应的温度-压力条件远比平衡态六方中介相的温度-压力区间温和，其温度和压力比平衡态六方中介相的三相点低了近100 ºC和100 MPa。通过采用压力淬火的方法，高温熔体快速降低至平衡态六方中介相的三相点以下，跳过了熔融结晶，直接进入了高度超压且超过冷的亚稳态中介相。在这个超压和超过冷的亚稳态中介相，PVDF片晶可以快速生长并增厚，最终形成β和γ晶的伸直链晶。因此，通过这个温度-压力加工窗口，我们制备了高性能的压电响应PVDF材料。PVDF压电电压系数高大1.35 V·m·N^–1。同时，PVDF因伸直链晶的形成，熔融温度提升了近30 ºC，其应用温度范围大幅提升。本工作为发展高灵敏和宽工作温度范围的PVDF基压电传感器提供了思路。

第一作者：西安交通大学杨书桂副教授

通讯作者：西安交通大学杨书桂副教授、Goran Ungar教授，西安科技大学张亮青副教授

全文链接：https://doi.org/10.1021/acs.macromol.5c01590