新闻网讯 近日，我校材料科学与工程国际化示范学院（材料与微电子学院）张鑫研究员课题组在无机有机复合材料界面效应研究方面取得重要进展，相关成果以“Unraveling bilayer interfacial features and their effects in polar polymer nanocomposites”为题，于2023年9月15日在线发表于Nature Communications（2023, 14, 5707）。我校材料复合新技术国家重点实验室为论文第一完成单位。课题组博士生李昕蕙为第一作者，张鑫研究员、清华大学南策文院士以及伍伦贡大学张树君教授为论文的共同通讯作者。论文的重要合作者还包括我校沈忠慧特聘研究员、李宝文教授，清华大学沈洋教授，中国科学技术大学马骋教授，苏州大学李有勇教授、于怡博士后等相关人员。该工作受到国家自然科学基金以及国家重点研发计划等项目的资助。

以聚合物为基体、无机纳米粒子为填料的聚合物纳米复合材料具有优异的电、力、热学综合性能，广泛应用于电力电子、信息、能源、航空航天等重要领域。长期以来，复合材料中形成的无机/聚合物界面被认为是获得性能提升的关键因素。然而，如何理解界面效应以及界面微区的结构与性能是聚合物纳米复合材料领域长期面临的基础性难题。

鉴于此，研究团队利用先进原子力扫描探针及电子显微技术实现了对聚合物复合材料中纳米级界面微区的高精度直接观测。基于此，发现复合材料中无机纳米颗粒与聚合物基体的界面区域内存在具有强极性聚合物构型的极性“双界面层”结构。分子动力学及相场模拟结果表明纳米颗粒表面电势以及颗粒间距的协同作用是形成界面极性构型的关键作用机制。

利用高极性“双界面层”的对颗粒间距的响应行为，在具有超低无机填料含量的纳米复合材料中获得了显著增强的介电及压电性能。同时，利用纳米叠层设计进一步优化极性界面层的增强效应，在层状复合材料中获得了86J/cm3的超高介电储能密度。这项工作促进了对聚合物纳米复合材料中界面基础科学问题的理解，可为高性能极性聚合物复合材料的设计与开发提供指导，并推动介电储能、电卡制冷、柔性压电传感等高新前沿技术领域的发展。

聚合物纳米复合材料界面微区极性双界面层的直接观测

 分子动力学及相场模拟揭示界面极性聚合物构型的形成机制

张鑫，材料国际化示范学院（材料与微电子学院）研究员，博士生导师，国家优秀青年科学基金获得者。主要从事高储能密度无机有机复合电介质材料、柔性传感材料与器件等方面的研究工作。在相关研究方向已发表SCI论文50篇；以项目或课题负责人主持国家自然科学基金3项及国家重点研发计划1项；获教育部自然科学一等奖（2023）；兼任中国硅酸盐学会青年委员会委员、Journal of Materiomics青年编委。

编辑：曹明；审稿人：严岿