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

據(jù)報道，東華大學(xué)丁彬、閆建華研究團隊建立了能性過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-級聯(lián)還原策略，在1 分鐘內(nèi)實現(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)控其表面缺陷會使纖維發(fā)生蠕變斷裂。該研究開發(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)用價值。

在不施加外力的情況下，將由二甲基乙酰胺（DMAc）浸潤的能性TiO2纖維膜覆蓋在金屬鋰（Li）板上，自驅(qū)動的化學(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)從界面到整個纖維膜的快速多米諾級聯(lián)還原。在1min 內(nèi)，TiO2纖維膜顏色迅速由白變藍再變黑，電導(dǎo)率從0 迅速提升到40 S/m，用作導(dǎo)線，在電源驅(qū)動下可以點亮燈泡。

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，還原時間就會越短。即使當納米纖維膜與金屬鋰只有部分接觸時，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和虹吸效應(yīng)使它們從界面迅速轉(zhuǎn)移到整個纖維膜中；同時導(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)而進一步的還原TiO2。這種電子的平滑流動和鋰的擴散導(dǎo)致了纖維膜從絕緣到導(dǎo)電的逐層轉(zhuǎn)變。