实验室钟文楷副教授&李宁教授&应磊研究员团队：面向可穿戴的填料交联协同增强可拉伸有机光伏

可拉伸有机光伏器件兼具轻质、柔性和可穿戴适配等优势。然而，现有本征可拉伸活性层通常依赖“软化”来提升延展性，虽然可以增大断裂伸长率，却常常伴随模量下降、形貌失稳和光电性能损失，导致器件在拉伸状态下效率衰减明显。如何同时提升活性层的延展性、抗裂韧性和光伏性能，是该领域面临的关键挑战。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室钟文楷副教授、李宁教授、应磊研究员团队利用“分子交联-纳米填料增韧协同”策略，实现了可拉伸有机光伏活性层在高模量、高抗裂性与高效率之间的同步优化，获得了效率达 16.5%、在约 40% 应变下仍可保持 80% 初始效率的本征可拉伸器件，有望拓展可穿戴能源与自供能电子系统的应用。

该工作的创新点在于突破了“越柔软越可拉伸”的传统思路，提出通过化学交联与无机纳米填料增韧协同增强活性层力学性能。研究团队设计了可交联聚合物给体PzA5和可交联小分子受体Y5TV，并借助点击交联反应构建共价互穿网络；同时引入表面修饰的气凝胶二氧化硅纳米颗粒（ASH），形成兼具应力传递与裂纹阻断功能的填料互穿网络结构。

机理上，共价交联网络提高了分子间连接与应力传输能力，ASH 则作为“裂纹终止器”和形貌调控单元，一方面分散并重分配局部应力，另一方面促进给受体聚集、有序堆积和更优相分离。结果表明，该策略可同时改善结晶性、纤维网络连续性和相区纯度，从而提升电荷生成、传输与提取效率。最终，材料薄膜的开裂起始应变提升至40% 以上，模量提高至1090 MPa；本征可拉伸器件效率达到16.5%，并成功用于可穿戴无线肌电监测系统供能验证，展现出面向实际应用的潜力。

图1 (a)“分子交联-纳米填料增韧协同”策略机理示意图 (b)“分子交联-纳米填料增韧协同”的有限元和分子动力学拉伸模型 (c)参比、交联、交联填料协同三种活性层薄膜的力学性能测试结果汇总(d)使用交联填料增韧协同增强的有机光伏供电的肌电原型机和功率估算

相关研究成果以“A synergistic strategy of crosslinking andfiller toughening enabling stretchable organic photovoltaics for wearableapplications”为题发表在Nature Communications上，其中通讯作者为钟文楷副教授、李宁教授、应磊研究员，第一作者为罗轩昂博士。该研究工作得到了Guangdong Basic and Applied Basic ResearchFoundation (2023B1515040026), National Natural Science Foundation of China(52394273, 52373179), Fundamental Research Funds for the Central Universities(2024ZYGXZR076 and 2025ZYGXZR024), the TCL Science and Technology InnovationFund (20242065),the Fundamental and Interdisciplinary Disciplines BreakthroughPlan of the Ministry of Education of China.等科研项目的资助。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-68000-z