半结晶生物聚合物取向调控增强机电转换性能的普适性策略

为解决半结晶生物聚合物因本征结构和理化性质限制导致的摩擦电输出性能低下问题，研究人员通过高压高速协同静电纺丝技术开发了具有相变极化和增强载流子迁移能力的取向调控丝素蛋白纳米纤维(SFNs)，构建了从分子链到聚集态的多尺度结构演化模型，揭示了取向系数增加诱导α-螺旋向β-折叠转变的分子机制，显著提升了界面电荷转移和体相电荷传输能力，为高电荷密度摩擦电材料设计提供了新思路。

　　

这项突破性研究开创性地通过多尺度取向工程策略提升生物聚合物的摩擦电性能。采用高压高速协同静电纺丝技术，成功制备出具有相变极化特性的取向调控丝素蛋白纳米纤维(SFNs)。研究团队构建了从微观分子链到介观聚集态再到宏观纤维排列的多尺度结构演化模型，首次系统阐释了应力场诱导下分子构象从无序α-螺旋向有序β-折叠堆叠转变的动态过程。

随着取向系数的提升，聚集态分子链发生定向滑移和有序重组，这种独特的结构演变显著优化了电荷捕获和载流子迁移特性。分子动力学模拟和第一性原理计算证实，取向调控的SFNs同时具备优异的界面电荷转移能力和体相电荷传输效率，使摩擦电性能产生质的飞跃。该研究不仅揭示了半结晶生物聚合物机电转换的分子机制，更为设计新一代高电荷密度功能材料提供了普适性策略，在柔性电子器件和自供电系统领域具有重要应用前景。