近日，西南交通大学李翔宇教授课题组在聚合物挠曲电响应调控研究方面取得进展，相关成果以“Bending induced polarization charges in non-polar porous polymer for stroke rehabilitation”为题发表在工程领域TOP期刊《Chemical Engineering Journal》（IF：15.1）。西南交通大学博士研究生李冰和王生龙为论文共同第一作者，李翔宇教授为通讯作者，合作作者包括西南交通大学刘畅讲师，许阳光副教授，邓维礼副教授，袁江宏副教授，河北师范大学赵晋津教授，以及西南交通大学杨维清教授（见图1）。
图1. 论文首页（论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152684）
挠曲电效应作为一种有潜力的机-电耦合物理机制，近年来吸引了许多学者的关注，挠曲电效应描述的是应变梯度与电极化之间的耦合。相比于压电效应，挠曲电效应可以存在于所有电介质材料中，包括晶体材料、陶瓷材料和聚合物等，这一优势极大拓宽了挠曲电效应的应用范围和场景。聚合物材料具有轻质、低刚度和易于成型等特点，在人体可穿戴电子领域具有不可替代的作用。但是聚合物材料的挠曲电极化响应比较微弱，如何调控增强其挠曲电响应是一个比较重要的研究课题。
聚二甲基硅氧烷（PDMS）是一种柔软、生物相容且非极性的聚合物材料，经常作为基底材料或者封装材料应用于人体可穿戴电子领域。因此PDMS比较合适用来研究聚合物材料的本征挠曲电效应及其在人体可穿戴场景的应用。
针对PDMS聚合物挠曲电极化响应微弱的问题，李翔宇教授与杨维清教授课题组合作，进行了系统的实验与仿真研究。在弯曲模态下，通过在块体PDMS中引入多孔结构，多孔PDMS聚合物的挠曲电响应可以被调控增强到块体的2.9倍。孔径和孔隙率都对多孔PDMS的挠曲电响应具有调控作用。结合有限元仿真和介电阻抗谱分析发现在多孔聚合物中存在一种应变梯度与介电常数之间的竞争机制。进而导致多孔聚合物存在一个对应于最佳挠曲电极化响应的最佳孔隙率（约50.6%）。
图1. a) 弯曲模态挠曲电效应；b) 多孔聚合物极化场仿真；c) 多孔聚合物传感器
由于制得的多孔PDMS兼具柔性与机-电转换特性，团队基于一维卷积神经网络的深度学习技术发展了一套脑卒中康复训练监测系统，并在脑卒中后需要康复训练的病人身上进行了临床验证。此系统可以很好地收集并识别不同病人肢体以及病人健康侧和患病侧肢体的康复动作。
图2. 基于挠曲电效应的脑卒中康复训练系统
该研究受到了国家自然科学基金重大项目子课题(Nos.: 12192210, 12192211)、国家自然科学基金面上项目(No.: 12072297)、国家自然科学基金青年项目(No.: 12202370)、中央高校基本科研业务费专项经费(Nos.: 2682023ZTPY066，2682022CX054)以及西南交通大学新型交叉学科培育基金项目(No.: 2682022KJ050)的支持。
