氧化物纖維膜可實現從絕緣到導電的快速轉變

據報道，東華大學丁彬、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-級聯還原策略，在1 分鐘內實現了氧化物纖維膜從絕緣到導電的快速轉變。由于氧化物陶瓷纖維抗高溫蠕變性能較差，應用傳統的高溫還原方法調控其表面缺陷會使纖維發生蠕變斷裂。該研究開發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。該技術在制備導電氧化物薄膜方面具有巨大潛力，在可穿戴電子產品和能性能源領域具有廣泛的工程應用價值。

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，自驅動的化學反應在TiO2纖維膜表面誘導產生缺陷，并引發界面的絕緣至導電相變，從而觸發從界面到整個纖維膜的快速多米諾級聯還原。在1min 內，TiO2纖維膜顏色迅速由白變藍再變黑，電導率從0 迅速提升到40 S/m，用作導線，在電源驅動下可以點亮燈泡。

研究發現，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構等是影響快速還原反應的關鍵。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，纖維膜也能夠快速被還原。這是由于接觸腐蝕會在界面產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使它們從界面迅速轉移到整個纖維膜中；同時導電界面層作為電橋，連續地將電子傳遞到相鄰的絕緣TiO2層，從而在TiO2中產生氧空位。這些被轉移的鋰離子或納米鋰顆粒與被剝奪的氧原子反應而進一步的還原TiO2。這種電子的平滑流動和鋰的擴散導致了纖維膜從絕緣到導電的逐層轉變。