氧化物纖維膜可實(shí)現(xiàn)從絕緣到導(dǎo)電的快速轉(zhuǎn)變

據(jù)報(bào)道，東華大學(xué)丁彬、閆建華研究團(tuán)隊(duì)建立了能性過(guò)渡金屬氧化物陶瓷納米纖維的通用靜電紡制備方法，并提出了一種常溫多米諾-級(jí)聯(lián)還原策略，在1 分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)了氧化物纖維膜從絕緣到導(dǎo)電的快速轉(zhuǎn)變。由于氧化物陶瓷纖維抗高溫蠕變性能較差，應(yīng)用傳統(tǒng)的高溫還原方法調(diào)控其表面缺陷會(huì)使纖維發(fā)生蠕變斷裂。該研究開(kāi)發(fā)的室溫還原方法可以維持陶瓷晶粒及晶界的完整性，并降低能耗和時(shí)間成本。該技術(shù)在制備導(dǎo)電氧化物薄膜方面具有巨大潛力，在可穿戴電子產(chǎn)品和能性能源領(lǐng)域具有廣泛的工程應(yīng)用價(jià)值。

在不施加外力的情況下，將由二甲基乙酰胺（DMAc）浸潤(rùn)的能性TiO2纖維膜覆蓋在金屬鋰（Li）板上，自驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)在TiO2纖維膜表面誘導(dǎo)產(chǎn)生缺陷，并引發(fā)界面的絕緣至導(dǎo)電相變，從而觸發(fā)從界面到整個(gè)纖維膜的快速多米諾級(jí)聯(lián)還原。在1min 內(nèi)，TiO2纖維膜顏色迅速由白變藍(lán)再變黑，電導(dǎo)率從0 迅速提升到40 S/m，用作導(dǎo)線，在電源驅(qū)動(dòng)下可以點(diǎn)亮燈泡。

研究發(fā)現(xiàn)，納米纖維膜與金屬鋰的接觸面積、DMAc溶劑添加量以及纖維膜的孔隙結(jié)構(gòu)等是影響快速還原反應(yīng)的關(guān)鍵。納米纖維膜與金屬鋰的接觸面積越大，還原時(shí)間就會(huì)越短。即使當(dāng)納米纖維膜與金屬鋰只有部分接觸時(shí)，由于虹吸效應(yīng)，纖維膜也能夠快速被還原。這是由于接觸腐蝕會(huì)在界面產(chǎn)生大量的鋰離子或納米鋰顆粒，在金屬鋰和纖維膜之間形成的微電場(chǎng)和虹吸效應(yīng)使它們從界面迅速轉(zhuǎn)移到整個(gè)纖維膜中；同時(shí)導(dǎo)電界面層作為電橋，連續(xù)地將電子傳遞到相鄰的絕緣TiO2層，從而在TiO2中產(chǎn)生氧空位。這些被轉(zhuǎn)移的鋰離子或納米鋰顆粒與被剝奪的氧原子反應(yīng)而進(jìn)一步的還原TiO2。這種電子的平滑流動(dòng)和鋰的擴(kuò)散導(dǎo)致了纖維膜從絕緣到導(dǎo)電的逐層轉(zhuǎn)變。