鈦酸鋇晶體是一種高介電常數(shù)、低介電損耗的介電陶瓷，因其優(yōu)異的鐵、熱、光和壓電性能而被廣泛應(yīng)用于電子和能量收集領(lǐng)域。然而BTO晶體的脆性限制了其在柔性電子領(lǐng)域的應(yīng)用，因此開發(fā)加工柔性BTO塊或薄膜的有效方法引起了人們的極大興趣。制造柔性晶體的有效方法是構(gòu)造具有高縱橫比的纖維結(jié)構(gòu)，由于在晶界處容易發(fā)生碎裂和斷裂，因此應(yīng)該細化晶體尺寸以擴大這些晶界。

當(dāng)晶體纖維彎曲時，復(fù)雜的晶界可以減少裂紋擴展，防止纖維斷裂，這通常被稱為釘扎效應(yīng)。制備晶體纖維的方法包括激光切割、氣相沉積、靜電紡絲等，在這些方法中，靜電紡絲由于其對纖維的原料的多功能性、高應(yīng)變耐受性和粒徑的可控性而被廣泛使用。特別是當(dāng)晶體纖維直徑從微米級減小到納米量級時，直徑變細帶來的尺寸效應(yīng)將賦予納米纖維材料許多獨特的力學(xué)、熱學(xué)和電學(xué)性能。然而加工柔性多組分氧化物陶瓷晶體納米纖維非常具有挑戰(zhàn)性，由于許多不一致的晶界的存在。因此，可控制備柔性三元BTO晶體纖維將是陶瓷晶體學(xué)領(lǐng)域的一個突破。

近期研究所報道了一種基于溶膠-凝膠靜電紡絲和高溫煅燒工藝的簡單廉價的聚合物模板合成方法，以獲得柔性BTO晶體纖維?；诩徑z溶液性質(zhì)、靜電紡絲參數(shù)和煅燒條件的調(diào)控，研究了煅燒過程中膠體顆粒的動態(tài)演化過程以及BTO晶型轉(zhuǎn)變、晶粒生長和孔結(jié)構(gòu)的演化過程，全面研究了與晶粒尺寸和晶界密切相關(guān)的柔性變形機制。探討了單纖維和纖維膜在受力彎曲過程中在晶粒內(nèi)和晶粒間的變形機理，提出了影響陶瓷納米纖維柔性的微觀結(jié)構(gòu)理論，揭示了陶瓷納米纖維的柔性機理。制備的BTO晶體纖維具有類似聚合物的輕質(zhì)、絲般的柔軟性和較大的楊氏模量。此外，晶體纖維還顯示出0.9%的彈性應(yīng)變。柔性BTO陶瓷晶體薄膜可以有效降低振動，以適應(yīng)大變形時的開裂風(fēng)險。這樣就可以設(shè)計出一種高靈敏度的壓電傳感器，在100 kPa的壓力下，可以提供80 ms的快速響應(yīng)時間、1.05 V的高輸出電壓和4.8 nA的電流。

綜上所述，研究人員通過溶膠-凝膠靜電紡絲和高溫煅燒可控制備了柔性鈦酸鋇納米晶體纖維薄膜。通過在聚合物模板中生長，可以在較低溫度下形成具有復(fù)雜晶界的鈣鈦礦型鈦酸鋇晶體。陶瓷膜的楊氏模量為61 MPa，柔軟度為50 mN，彈性應(yīng)變?yōu)?/span>0.9%。此外，它們的密度低至28毫克厘米-3，變形后不會斷裂。基于這些薄膜的壓電傳感器在100千帕的壓力下具有1.05伏的輸出電壓和80毫秒的靈敏度，該方法允許大規(guī)模制造柔性鈦酸鋇晶體NF薄膜。