近日，東華大學(xué)俞建勇院士及丁彬教授帶領(lǐng)的納米纖維研究團(tuán)隊(duì)利用溶膠-凝膠靜電紡絲和低溫結(jié)晶的工藝技術(shù)，制備出柔性鈦酸鋇陶瓷納米纖維膜。這一突破在業(yè)界引起了不小的轟動(dòng)，使金屬氧化物陶瓷在可穿戴電子紡織品等新興領(lǐng)域中的應(yīng)用成為可能。

金屬氧化物陶瓷主要應(yīng)用于電子和能源等領(lǐng)域，由于材料本身特質(zhì)，表現(xiàn)出的物性硬且脆，彎曲時(shí)因應(yīng)力集中，橫面易破裂或折斷。而柔性氧化物陶瓷納米纖維由于其存在多種不一致的相和晶界，在生產(chǎn)制備方面也一直難以突破。

該團(tuán)隊(duì)利用了一系列表征技術(shù)，研究了形成復(fù)雜晶界的柔性變形機(jī)理，突破了柔性聚合物和硬陶瓷之間的界限，使其更符合特需工業(yè)生產(chǎn)需求。應(yīng)用此技術(shù)能夠設(shè)計(jì)出一系列介于軟和硬界限之間的多元陶瓷材料，比如團(tuán)隊(duì)近期開發(fā)了快離子導(dǎo)體鋰鑭鋯氧和鋰鑭鈦氧納米纖維材料。

值得一提的是在制備晶體鈦酸鋇方面，傳統(tǒng)的固相燒結(jié)法需要在大于1200℃下煅燒至少12h，而該項(xiàng)生產(chǎn)工藝僅需在850℃下煅燒2h，極大的降低了能耗和時(shí)間成本。

圖(a) 溶膠-凝膠靜電紡絲示意圖，(b) 煅燒過(guò)程制備柔性鈦酸鋇納米纖維膜的示意圖，(c) BTO納米纖維膜的柔性展示，(d) 制作的壓電傳感器的原理圖和光學(xué)圖。  

研究速覽：

通過(guò)制備穩(wěn)定的紡絲溶膠，在靜電紡絲和煅燒過(guò)程中形成凝膠和晶體納米纖維，深入研究了與晶體尺寸和晶界密切相關(guān)的柔性變形機(jī)理。穩(wěn)定的溶膠體系保證了鈦酸四丁酯(TBT)和Ba²⁺離子之間充分的納米級(jí)相互作用，以形成均勻的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在靜電紡絲過(guò)程中，溶膠經(jīng)過(guò)快速拉伸和相分離形成聚合物納米纖維。在隨后的煅燒過(guò)程中，聚合物模板被分解，并伴隨著晶體成核和轉(zhuǎn)變，以及BTO晶體納米纖維膜的晶粒生長(zhǎng)、融合和致密化。所開發(fā)的柔性鈦酸鋇陶瓷納米纖維晶體膜可有效降低應(yīng)力集中以降低大變形時(shí)的破裂風(fēng)險(xiǎn)，由此設(shè)計(jì)出壓電傳感器，在彎曲變形時(shí)候依然具有較高的靈敏度。

該研究以“Polymer Template Synthesis of Flexible BaTiO3 Crystal Nanofibers”為題發(fā)表于《Advanced Functional Materials》上，有興趣的讀者可自行查閱。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.201907919

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