近日，西安工程大學張坤團隊發(fā)表在《Advanced Optical Materials》的最新工作把柔性可見發(fā)光的耐溫極限推至375℃，并首次利用X射線全散射測量為非晶陶瓷納米纖維的“柔韌性+高溫發(fā)光”機制拍下了微觀結構高清特寫。
柔性光致發(fā)光材料作為一類可適配復雜曲面的光學材料，在極端環(huán)境監(jiān)測、特種裝備可視化及高溫設備標識等領域具有不可替代的應用價值。然而，傳統(tǒng)柔性光致發(fā)光材料在極端條件下的服役性能存在顯著局限：基材耐高溫瓶頸、發(fā)光均勻性調(diào)控難題、高溫發(fā)光猝滅效應。
該研究開發(fā)了耐極端溫度的非晶氧化物陶瓷納米纖維發(fā)光膜，克服了傳統(tǒng)光致發(fā)光材料局限，創(chuàng)造了柔性光致發(fā)光材料的最高可見發(fā)光溫度紀錄，首次揭示非晶陶瓷納米纖維的短/中程有序結構對性能的關鍵作用，非晶≠混亂，其非晶態(tài)結構設計為解決“高溫-柔性-發(fā)光穩(wěn)定性”的協(xié)同調(diào)控難題提供了全新思路，SLZ納米纖維膜所具備的超寬溫域發(fā)光穩(wěn)定性、高溫力學可靠性及優(yōu)異柔性，有望推動柔性光學器件在極端環(huán)境監(jiān)測、高溫設備可視化標識、特種防護裝備等領域的應用突破，為柔性光電子材料的功能拓展提供了重要的實驗依據(jù)與理論支撐。
此前，張坤團隊就提出一種不論在零下196℃還是1000℃超高溫都足夠安全的柔性陶瓷膜。
陶瓷納米纖維膜因其質(zhì)量輕、低導熱率和優(yōu)異的防火/耐腐蝕性能而吸引著人們的關注，在個人防護、航天服裝、能源環(huán)保等領域有著廣泛的應用前景。納米陶瓷纖維膜具有多孔的幾何形態(tài)，包括納米多孔結構和狹窄的孔徑分布，限制了通過氣體空隙的熱傳導，減緩了熱輻射。陶瓷納米纖維膜通常具有固有的脆性和較弱的機械性能，因此，在施加機械應力、延長高溫暴露或急劇的溫度梯度下，陶瓷納米纖維膜容易強度退化或結構崩潰，這限制了它們在許多前沿領域的應用。
張坤團隊提出了一種增強柔性陶瓷膜的簡便方法，首先采用靜電紡絲和后續(xù)的煅燒工藝制備出氧化鋯-二氧化硅（ZrO2-SiO2）納米纖維和蒙脫石（MMT）納米片，接著通過交聯(lián)大規(guī)模制備出兼具高柔性、機械穩(wěn)定性和耐高溫性的輕質(zhì)陶瓷膜。由此產(chǎn)生的MMT@ZrO2-SiO2膜表現(xiàn)出高柔性，其彎曲剛度為0.2cN/mm，強大的機械性能，其抗拉強度高達1.83MPa，良好的耐火性，以及在-196-1000℃范圍內(nèi)不隨溫度變化的機械穩(wěn)定性。絕熱性能優(yōu)良，導熱系數(shù)低至 0.026 W m-1 K-1。
與純ZrO2-SiO2膜相比，MMT在多孔基體內(nèi)形成固體壁以及與ZrO2-SiO2纖維交聯(lián)的協(xié)同作用提高了陶瓷膜的力學穩(wěn)定性，同時提高了陶瓷膜的保溫性能，為陶瓷膜的增強提供了良好的策略。此外，消防員制服內(nèi)部有MMT@ZrO2-SiO2膜，具有最高達A2級(火焰和輻射暴露)的卓越熱防護性能，以及高達1000°C的防火性能，可保護人體免受灼傷。
參考來源：
奇光稀土、易絲幫
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山林）
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