近日，兰州大学科研团队在天然生物质材料挠曲电方面取得重要进展。相关成果以“Enhanced strain gradient in structural wood for high flexoelectricity”为题，发表于国际知名期刊《Nature Communications》。该研究以天然木材为研究对象，通过脱木质素与压缩重构策略构筑结构木材料，显著增强其在弯曲变形过程中的应变梯度，获得高达36.72 nC m^–1的挠曲电系数，为绿色、可持续柔性电子器件及自驱动传感器的开发提供了新的材料体系和技术支撑（图1）。

图1. 用于挠曲电效应观测的天然木材器件设计方法及其性能测试

该研究的重要突破在于，首次从实验上证实了木材这一天然生物质材料中存在可观的挠曲电效应，拓展了人们对木材功能属性的认知边界。挠曲电效应是指材料在应变梯度作用下产生电极化的机电耦合现象，理论上广泛存在于各类固体材料中。然而，在木材等宏观天然生物质材料中直接探测这一效应并不容易。一方面，宏观样品在常规弯曲或压缩条件下形成的应变梯度通常较小，导致挠曲电信号十分微弱；另一方面，木材具有复杂的多级结构和各向异性特征，实验信号容易受到压电、摩擦电、离子迁移和电荷积累等因素干扰，因而难以准确辨识其本征挠曲电响应。针对这一关键难题，研究团队通过结构重构有效放大木材中的应变梯度，并结合系统的电学测试与对照实验，验证了结构木在弯曲变形过程中产生的挠曲电响应。

与传统挠曲电材料相比，木基结构材料展现出独特优势。现有高挠曲电响应材料多集中于介电陶瓷、半导体和合成聚合物体系，其中陶瓷材料通常刚性高、脆性大、加工适应性有限，半导体和聚合物材料则在环境友好性、可持续性或力学稳定性方面存在一定局限。木材来源广泛、可再生、可降解，并具有天然多级层级结构、取向细胞壁和丰富孔道，为应变梯度调控和机电耦合响应提供了天然结构基础。研究表明，经过脱木质素与压缩处理后的结构木不仅保持了生物质材料的绿色可持续特征，还表现出可与SrTiO₃、NaNbO₃等典型介电陶瓷相当的挠曲电性能，并优于ZnO、TiO₂、PVDF、PET 和 PDMS等常见半导体及聚合物体系，显示出天然生物质材料通过结构工程实现高性能机电功能化的可行性。

基于优异的挠曲电性能，研究团队进一步构建了木基自驱动柔性传感器。该器件能够在无需外部电源的条件下，将人体运动产生的微小形变转化为可检测的电信号，实现对手指、手腕等关节运动以及肌肉收缩等细微动作的实时感知。该研究表明，结构木不仅可以作为传统承载材料，还可作为绿色柔性电子和自驱动传感器件的核心功能单元，在可穿戴电子、健康监测、人机交互和智能生物界面等领域具有潜在应用前景。与石油基合成电子材料相比，木基挠曲电材料兼具环境友好、资源可持续、力学适应性和功能集成等优势，有望为新一代绿色智能传感器件的发展提供新的材料选择。

论文第一作者为兰州大学材料与能源学院萃英博士后高莹，高唯浩博士后、张靖翔博士后、王记增教授和刘书海教授为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金和甘肃省自然科学基金等项目支持。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-72374-z#citeas