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近日，東(dong)華大(da)學俞(yu)建勇院士(shi)及(ji)丁彬教授帶領的(de)納米纖維研究團隊利(li)用溶膠-凝(ning)膠靜電紡(fang)絲和低溫結(jie)晶的(de)工藝技術，制備出柔(rou)性鈦酸鋇(bei)陶瓷(ci)納米纖維(wei)膜。這(zhe)一(yi)突破在(zai)業界引起了不小的(de)轟動，使金屬(shu)氧化物陶瓷(ci)在(zai)可穿戴電子紡(fang)織(zhi)品等新興領域中的(de)應用成(cheng)為(wei)可能。

金屬氧化物(wu)陶瓷主(zhu)要應用(yong)于電子(zi)和(he)能源等領域，由于材料本身特質，表(biao)現出(chu)的(de)物(wu)性硬(ying)且脆，彎曲時(shi)因應力集中，橫面(mian)易(yi)破(po)裂(lie)或折斷。而(er)柔性氧化物(wu)陶瓷納米纖維由于其存在(zai)多種不一致的(de)相和(he)晶界，在(zai)生產(chan)制備方(fang)面(mian)也一直難以突破(po)。

該(gai)團(tuan)隊利用了一系列表(biao)征技術，研究(jiu)了形成復雜晶界的柔性變(bian)形機理，突破了柔性聚合(he)物和(he)(he)硬陶瓷之(zhi)間(jian)(jian)的界限(xian)，使(shi)其更符合(he)特需(xu)工業生產需(xu)求。應用此技術能(neng)夠設計出(chu)一系列介于軟(ruan)和(he)(he)硬界限(xian)之(zhi)間(jian)(jian)的多元(yuan)陶瓷材(cai)料，比如團(tuan)隊近期開發了快離子(zi)導體鋰鑭鋯氧(yang)和(he)(he)鋰鑭鈦氧(yang)納米纖維材(cai)料。

值得一提(ti)的是在(zai)制備晶體(ti)鈦酸(suan)鋇方(fang)面(mian)，傳統的固相燒(shao)結法需(xu)要在(zai)大(da)于1200℃下煅(duan)燒(shao)至少12h，而該項生(sheng)產工藝僅(jin)需在(zai)850℃下煅(duan)燒(shao)2h，極大(da)的(de)降低了能(neng)耗和時間成本。

研究速覽

通過制備穩定(ding)的(de)紡(fang)絲(si)溶膠，在靜電紡(fang)絲(si)和煅燒過程中形成凝膠和晶(jing)(jing)體(ti)納米纖維，深(shen)入研究(jiu)了與晶(jing)(jing)體(ti)尺(chi)寸和晶(jing)(jing)界密切(qie)相(xiang)關的(de)柔性(xing)變(bian)形機理(li)。穩定(ding)的(de)溶膠體(ti)系(xi)保證(zheng)了鈦(tai)酸四丁酯(zhi)(TBT)和Ba²⁺離子之(zhi)間充(chong)分(fen)的納(na)米級相互(hu)作用，以形成(cheng)均勻的三維網(wang)絡結(jie)構(gou)。在靜電紡(fang)絲過(guo)(guo)程(cheng)中，溶膠(jiao)經過(guo)(guo)快(kuai)速拉伸和(he)相分(fen)離形成(cheng)聚合物納(na)米纖維。在隨(sui)后的煅(duan)燒過(guo)(guo)程(cheng)中，聚合物模板(ban)被分(fen)解，并伴隨(sui)著晶(jing)體成(cheng)核(he)和(he)轉變，以及BTO晶(jing)體納米纖維膜的(de)(de)晶(jing)粒生長、融合和致密化。所開發的(de)(de)柔性鈦(tai)酸(suan)鋇陶瓷納米纖維晶(jing)體膜可有效降低(di)應力集中以降低(di)大變(bian)形時的(de)(de)破(po)裂風險，由此設計出(chu)壓電傳感器，在彎曲變(bian)形時候(hou)依然(ran)具(ju)有較高的(de)(de)靈敏度。

該研究以“PolymerTemplate Synthesis of Flexible BaTiO3 CrystalNanofibers”為題發表于《AdvancedFunctional Materials》上，有興趣的讀者可自行查閱。

論文鏈接：//doi.org/10.1002/adfm.201907919