DOI: 10.1002/adfm.201907919
BaTiO3晶體由于其高介電性能而成為有吸引力的材料，但它們是脆性和無彈性的陶瓷，這限制了其在新興領域（如柔性電子產品）中的廣泛應用。據報道，通過溶膠-凝膠靜電紡絲法，然后進行簡單的煅燒，可以制備出超柔性晶體BaTiO3納米纖維（NF）薄膜。通過在聚合物納米纖維模板中生長鈣鈦礦型BaTiO3晶體，該晶體在低溫下具有復雜的晶界，從而促進了它們的形成。陶瓷膜具有50 mN的類似聚合物的柔軟度，61 MPa的大楊氏模量和0.9％的彈性應變。此外，它們具有28 mg cm-3的低密度，變形后表現出良好的柔軟性，無斷裂。基于這些薄膜制備的壓電傳感器在100 kPa的壓力下具有1.05 V的輸出電壓，靈敏度高達80 ms。該方法允許大規模制造柔性BaTiO3晶體納米纖維薄膜。
圖1.柔性BTO晶體納米纖維膜的制備及其在傳感器中的潛在應用。使用a）溶膠-凝膠靜電紡絲隨后b）煅燒以制備柔性BTO納米纖維膜的制備過程示意圖。c）大型BTO薄膜及其柔性的展示。d）制備的壓電傳感器的示意圖和光學圖。
圖2.材料表征。BTO納米纖維薄膜在a）低倍和b）高倍下的橫截面SEM圖像。c）BTO納米纖維膜的表面形態。d）單個BTO納米纖維的TEM圖像。e）BTO納米纖維中Ba、Ti和O的EDS圖。f，g）BTO納米纖維的HRTEM圖像，顯示d間距晶格和相鄰納米顆粒之間的共同晶界。h）拉伸應力-應變曲線，以及i）BTO納米纖維膜的彎曲剛度。
圖3.柔性BTO納米纖維膜形成的機理分析。a）TBT、乙酸及其混合溶液的FTIR光譜。b）透明溶膠、半透明溶膠和不透明凝膠的FTIR光譜。c）BTO形成過程的TGA和導數TG曲線。d）在不同溫度下燒結的BTO納米纖維的FTIR和e）XRD光譜。f）采用靜電紡絲和溶膠-凝膠煅燒兩種不同方法合成的BTO晶粒尺寸的比較。g-j）在不同溫度下煅燒的表面形態和相應的BTO膜。
圖4.柔性BTO薄膜的壓電特性。a）傳感器的原理結構及其壓電機理。b）由全壓釋放過程產生的典型脈沖信號。c）在固定負載頻率下，在20至100 kPa壓力下，傳感器的開路電壓和d）短路電流。e）輸出電壓和電流的壓力依賴性。f）傳感器的靈敏度測試。g）從正向和反向連接測得的電壓信號。h）傳感器的長循環機械耐久性。
微信二維碼
