氧化物纤维膜可实现从绝缘到导电的快速转变

据报道，东华大学丁彬、闫建华研究团队建立了能性过渡金属氧化物陶瓷纳米纤维的通用静电纺制备方法，并提出了一种常温多米诺-级联还原策略，在1 分钟内实现了氧化物纤维膜从绝缘到导电的快速转变。由于氧化物陶瓷纤维抗高温蠕变性能较差，应用传统的高温还原方法调控其表面缺陷会使纤维发生蠕变断裂。该研究开发的室温还原方法可以维持陶瓷晶粒及晶界的完整性，并降低能耗和时间成本。该技术在制备导电氧化物薄膜方面具有巨大潜力，在可穿戴电子产品和能性能源领域具有广泛的工程应用价值。

在不施加外力的情况下，将由二甲基乙酰胺（DMAc）浸润的能性TiO2纤维膜覆盖在金属锂（Li）板上，自驱动的化学反应在TiO2纤维膜表面诱导产生缺陷，并引发界面的绝缘至导电相变，从而触发从界面到整个纤维膜的快速多米诺级联还原。在1min 内，TiO2纤维膜颜色迅速由白变蓝再变黑，电导率从0 迅速提升到40 S/m，用作导线，在电源驱动下可以点亮灯泡。

研究发现，纳米纤维膜与金属锂的接触面积、DMAc溶剂添加量以及纤维膜的孔隙结构等是影响快速还原反应的关键。纳米纤维膜与金属锂的接触面积越大，还原时间就会越短。即使当纳米纤维膜与金属锂只有部分接触时，由于虹吸效应，纤维膜也能够快速被还原。这是由于接触腐蚀会在界面产生大量的锂离子或纳米锂颗粒，在金属锂和纤维膜之间形成的微电场和虹吸效应使它们从界面迅速转移到整个纤维膜中；同时导电界面层作为电桥，连续地将电子传递到相邻的绝缘TiO2层，从而在TiO2中产生氧空位。这些被转移的锂离子或纳米锂颗粒与被剥夺的氧原子反应而进一步的还原TiO2。这种电子的平滑流动和锂的扩散导致了纤维膜从绝缘到导电的逐层转变。