DOI: 10.1002/adfm.201907919
BaTiO3晶体由于其高介电性能而成为有吸引力的材料，但它们是脆性和无弹性的陶瓷，这限制了其在新兴领域（如柔性电子产品）中的广泛应用。据报道，通过溶胶-凝胶静电纺丝法，然后进行简单的煅烧，可以制备出超柔性晶体BaTiO3纳米纤维（NF）薄膜。通过在聚合物纳米纤维模板中生长钙钛矿型BaTiO3晶体，该晶体在低温下具有复杂的晶界，从而促进了它们的形成。陶瓷膜具有50 mN的类似聚合物的柔软度，61 MPa的大杨氏模量和0.9％的弹性应变。此外，它们具有28 mg cm-3的低密度，变形后表现出良好的柔软性，无断裂。基于这些薄膜制备的压电传感器在100 kPa的压力下具有1.05 V的输出电压，灵敏度高达80 ms。该方法允许大规模制造柔性BaTiO3晶体纳米纤维薄膜。
图1.柔性BTO晶体纳米纤维膜的制备及其在传感器中的潜在应用。使用a）溶胶-凝胶静电纺丝随后b）煅烧以制备柔性BTO纳米纤维膜的制备过程示意图。c）大型BTO薄膜及其柔性的展示。d）制备的压电传感器的示意图和光学图。
图2.材料表征。BTO纳米纤维薄膜在a）低倍和b）高倍下的横截面SEM图像。c）BTO纳米纤维膜的表面形态。d）单个BTO纳米纤维的TEM图像。e）BTO纳米纤维中Ba、Ti和O的EDS图。f，g）BTO纳米纤维的HRTEM图像，显示d间距晶格和相邻纳米颗粒之间的共同晶界。h）拉伸应力-应变曲线，以及i）BTO纳米纤维膜的弯曲刚度。
图3.柔性BTO纳米纤维膜形成的机理分析。a）TBT、乙酸及其混合溶液的FTIR光谱。b）透明溶胶、半透明溶胶和不透明凝胶的FTIR光谱。c）BTO形成过程的TGA和导数TG曲线。d）在不同温度下烧结的BTO纳米纤维的FTIR和e）XRD光谱。f）采用静电纺丝和溶胶-凝胶煅烧两种不同方法合成的BTO晶粒尺寸的比较。g-j）在不同温度下煅烧的表面形态和相应的BTO膜。
图4.柔性BTO薄膜的压电特性。a）传感器的原理结构及其压电机理。b）由全压释放过程产生的典型脉冲信号。c）在固定负载频率下，在20至100 kPa压力下，传感器的开路电压和d）短路电流。e）输出电压和电流的压力依赖性。f）传感器的灵敏度测试。g）从正向和反向连接测得的电压信号。h）传感器的长循环机械耐久性。
