近日，中心俞建勇院士及丁彬研究员带领的纳米纤维研究团队在多元金属氧化物陶瓷纳米纤维加工领域取得重要进展，开发出了柔性钛酸钡陶瓷纳米纤维膜，相关成果以“聚合物模板法合成柔性BaTiO3晶体纳米纤维”（Polymer Template Synthesis of Flexible BaTiO3 Crystal Nanofibers，DOI: 10.1002/adfm.201907919）为题，发表在材料领域的著名期刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。该论文第一作者为闫建华研究员。
金属氧化物陶瓷支撑着电子和能源等多种现代技术。这些材料通常又硬又脆，弯曲时容易破裂或折断，此种材料的机械响应限制了其在可穿戴电子纺织品等新兴领域中的应用。面对这项挑战，研究团队开发了一种基于溶胶-凝胶静电纺丝和低温结晶的工艺技术，可控制备出具有聚合物般轻质特性和丝绸般柔软度的钛酸钡纳米纤维晶体材料，并探索了钛酸钡晶粒尺寸和晶界形貌影响纳米纤维柔性形变的机理。值得一提的是，与传统的固相烧结法制备钛酸钡晶体所需要的条件相比，比如需要在大于1200℃下煅烧至少12小时，此项工作中所使用的煅烧温度为850℃、煅烧时间为2小时，降低了能耗和时间成本。所开发的柔性钛酸钡陶瓷纳米纤维晶体膜可有效降低应力集中以降低大变形时的破裂风险，由此设计出压电传感器，在弯曲变形时候依然具有较高的灵敏度。
图1.溶胶-凝胶静电纺丝和煅烧过程制柔性钛酸钡纳米纤维膜的示意图
图2.通过调控煅烧温度寻找制备柔性钛酸钡纳米纤维晶体材料的结构图和对应的纤维膜材料实物图
所报道的无机纳米纤维制造技术对设计柔性多元金属氧化物陶瓷材料具有重要意义。除了围绕柔性钛酸钡的结构设计之外，应用此技术还能够设计出一系列介于通常被视为软和硬界限之间的多元陶瓷材料，比如研究团队近期开发了快离子导体锂镧锆氧（LLZO）和锂镧钛氧（LLTO）纳米纤维材料（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）。
该研究成果得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科协青年托举人才工程、上海市教委基础研究重点项目的大力资助。
论文链接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201907919
