金屬氧化物陶瓷支撐著電子和能源等多種現(xiàn)代技術的發(fā)展。然而，金屬氧化物陶瓷通常又硬又脆，彎曲時容易破裂或折斷。這種機械響應限制了其在可穿戴電子紡織品等新興領域中的應用。近日，東華大學俞建勇院士及丁彬研究員帶領的納米纖維研究團隊開發(fā)出了柔性鈦酸鋇陶瓷納米纖維膜。該研究以“Polymer Template Synthesis of Flexible BaTiO3 Crystal Nanofibers”為題發(fā)表于《Advanced Functional Materials》上。
柔性鈦酸鋇納米纖維膜制備工藝示意圖
團隊開發(fā)了一種基于溶膠-凝膠靜電紡絲和低溫結(jié)晶的工藝技術，可制備出具有聚合物般輕質(zhì)特性和絲綢般柔軟度的鈦酸鋇納米纖維晶體材料，并探索了鈦酸鋇晶粒尺寸和晶界形貌影響納米纖維柔性形變的機理。值得一提的是，與傳統(tǒng)的固相燒結(jié)法制備晶體鈦酸鋇需要在大于1200℃下煅燒至少12h的條件相比，此項工作中所使用的煅燒溫度為850℃、煅燒時間為2h，較大的降低了能耗和時間成本。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力集中以降低大變形時的破裂風險，由此設計出壓電傳感器，在彎曲變形時依然具有較高的靈敏度。
柔性鈦酸鋇納米纖維膜制備工藝示意圖
柔性鈦酸鋇納米纖維膜的材料特性
柔性鈦酸鋇納米纖維膜的壓電性能測試
所報道的無機納米纖維制造技術對設計柔性多元金屬氧化物陶瓷材料具有重要意義。除了圍繞柔性鈦酸鋇的結(jié)構設計之外，應用此技術還能夠設計出一系列介于通常被視為軟和硬界限之間的多元陶瓷材料，比如團隊近期開發(fā)了快離子導體鋰鑭鋯氧（LLZO）和鋰鑭鈦氧（LLTO）納米纖維材料。
