在柔性陶瓷納米纖維加工領域的最新研究成果

2020-11-23 騰訊網

近日，東華大學紡織科技創新中心俞建勇院士及丁彬研究員帶領的納米纖維研究團隊在多元金屬氧化物陶瓷納米纖維加工領域取得重要進展，開發出了柔性鈦酸鋇陶瓷納米纖維膜，相關成果以「聚合物模板法合成柔性BaTiO3晶體納米纖維」（Polymer Template Synthesis of Flexible BaTiO3 Crystal Nanofibers，DOI: 10.1002/adfm.201907919）為題，發表在材料領域的著名期刊《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）上。該論文第一作者為紡織學院閆建華研究員。

金屬氧化物陶瓷支撐著電子和能源等多種現代技術。這些材料通常又硬又脆，彎曲時容易破裂或折斷，此種材料的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。面對這項挑戰，研究團隊開發了一種基於溶膠-凝膠靜電紡絲和低溫結晶的工藝技術，可控制備出具有聚合物般輕質特性和絲綢般柔軟度的鈦酸鋇納米纖維晶體材料，並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，與傳統的固相燒結法製備鈦酸鋇晶體所需要的條件相比，比如需要在大於1200℃下煅燒至少12小時，此項工作中所使用的煅燒溫度為850℃、煅燒時間為2小時，降低了能耗和時間成本。所開發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，在彎曲變形時候依然具有較高的靈敏度。

（溶膠-凝膠靜電紡絲和煅燒過程制柔性鈦酸鋇納米纖維膜的示意圖）

通過調控煅燒溫度尋找製備柔性鈦酸鋇納米纖維晶體材料的結構圖和對應的纖維膜材料實物圖

所報導的無機納米纖維製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構設計之外，應用此技術還能夠設計出一系列介於通常被視為軟和硬界限之間的多元陶瓷材料，比如研究團隊近期開發了快離子導體鋰鑭鋯氧（LLZO）和鋰鑭鈦氧（LLTO）納米纖維材料（iScience 2019, 15, 185-195; Energy Storage Mater. 2019, doi.org/10.1016/j.ensm.2019.04.043; Small 2019, doi.org/10.1002/smll.201905171）。

該研究成果得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科協青年託舉人才工程、上海市海外高層次人才項目，上海市教委基礎研究重點項目的大力資助。

來源 東華大學

論文連結：

https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201907919

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