DOI: 10.1016/j.coco.2022.101324

具有柔性和高强度的陶瓷超细纤维（UFs）在极端条件下的应用引起了研究人员的极大兴趣。在此，本研究通过静电纺丝、真空熟化和热解制备了梯度ZrO2纳米晶体（NCs）曾强碳化硅（SiC）UFs。在真空熟化过程中形成的梯度NCs结构可分为表面致密ZrO2 NCs、线性ZrO2纳米团簇和核均质ZrO2 NCs。值得注意的是，所获得的梯度ZrO2 NCs/SiC（g-ZS）UF显示出比SiC UF高出2.6倍的强度和1.8倍的应变，从而使其具有高韧性（41.32MJ·m-3）。这种具有功能梯度NCs结构的高强度设计策略和制备方法为高可靠性微/纳米器件和其他陶瓷超细纤维提供了广阔的前景。

图1.（a）ZrO2 NCs/SiC UFs的合成方案；（b-d）分别为S、ZS和g-ZS UFs的SEM图像；（e）前驱体UF、固化UF和成熟/固化UF的FTIR光谱；（f）S、ZS和g-ZS UFs的XRD图谱；（g）g-ZS UFs的Zr3d XPS峰拟合。

图2.（a-b）三分之一ZS和g-ZS UF纵切面的STEM-HADDF图像；c）靠近表面；d）表层；（e）ZrO2 NCs的HRTEM图像；（f）ZrO2纳米团簇的STEM-HADDF图像，g）EDS映射；（h）核区域的STEM-HADDF图像，i）EDS映射。

图3.（a）S、ZS和g-ZS UF的拉伸强度-应变曲线；（b）UFs的抗拉强度和拉伸应变（每种UFs至少五个样本）；（c-e）拉伸试验后S、ZS和g-ZS UF断裂截面的SEM形貌；（f）拉伸过程中g-ZS UF的示意图。

图4.（a）S、ZS和g-ZS UF的弯曲力-挠度曲线；（b）弯曲过程中g-ZS UF的示意图；（c）柔性g-ZS UF的数码照片。