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湖北大學(xué)王世敏/吳聰聰團(tuán)隊(duì) Matter：“纖維橋接”誘導(dǎo)鈣鈦礦薄膜增韌以阻止裂紋擴(kuò)展
2023-04-12  來源：高分子科技

  鈣鈦礦光伏技術(shù)吸引了許多研究者的巨大關(guān)注，并且正在步入工業(yè)化可擴(kuò)展生產(chǎn)階段。除了光電轉(zhuǎn)換效率和制造成本以外，可靠性是實(shí)現(xiàn)商業(yè)化準(zhǔn)備之前需要解決的關(guān)鍵問題之一。可靠性要求鈣鈦礦模組能夠承受各種環(huán)境刺激，以保證25年的產(chǎn)品運(yùn)行期。根據(jù)光伏組件測試協(xié)議（IEC61215:2021），機(jī)械測試（如冰雹測試）是確保太陽能電池板可靠性的一個重要因素。針對上述問題，近期，湖北大學(xué)王世敏&吳聰聰團(tuán)隊(duì)采用鋼球撞擊試驗(yàn)?zāi)M研究了鈣鈦礦薄膜的機(jī)械疲勞性能，并提出了一種纖維橋接策略來抑制鈣鈦礦薄膜內(nèi)的裂紋擴(kuò)展。



圖1 乙基纖維素誘導(dǎo)鈣鈦礦薄膜增韌以阻止裂紋擴(kuò)展


  乙基纖維素是一種天然的、高韌性的生物材料，可以從棉花中提取。如圖1的示意圖所示，其特征單元是由帶有羥基和乙基醚基的六元雜環(huán)單元組成的聚合物鏈。乙基纖維素的官能團(tuán)提供了與鈣鈦礦晶體相互作用的可行性，一維結(jié)構(gòu)特征產(chǎn)生跨晶界的牽引力；因此，乙基纖維素與鈣鈦礦薄膜的結(jié)合會顯著影響斷裂韌性的演化。通過在鈣鈦礦薄膜中加入乙基纖維素作為連接相鄰鹵化物鈣鈦礦八面體的“纖維橋接”成分，有效地提高了鈣鈦礦薄膜的楊氏模量和硬度，從而表現(xiàn)出高抗裂紋擴(kuò)展性，并且在各種惡劣環(huán)境下都表現(xiàn)出很好的穩(wěn)定性。


圖2 乙基纖維素改善鈣鈦礦薄膜的力學(xué)性能


  該研究成果以“Fiber-bridging-induced toughening of perovskite for resistance to crack propagation”為題發(fā)表在《Matter》上。論文第一作者為湖北大學(xué)研究生金博文和任立志，通訊作者為湖北大學(xué)王世敏教授和吳聰聰教授。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.matt.2023.03.014

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