海绵模板法制备PZT/PDMS压电复合材料开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

由于便携式电子设备日益普及,使得自供电电子系统的能量收集技术的需求大幅增加[1-3]。常见的能量收集技术和装置有:收集太阳能的光伏电池,收集机械能的压电装置以及收集热能的热电装置[4-6]。其中,由于压电装置的能量来源——机械能不受时间、地理位置的影响,并且来源丰富(如机器的震动,人类活动,甚至空气流动等),使得压电装置受到了极大的关注[7-10]。而21世纪以来,一系列新型应用如可穿戴电子设备、传感器和生物医学设备的广泛兴起,使得柔性压电材料的发展变得至关重要[11-12]

压电材料可以分为三类:无机压电材料、有机压电材料和有机-无机复合压电材料。无机压电材料包括压电多晶体(压电陶瓷、金属)和压电单晶,如pzt陶瓷,pb(zn1/3nb2/3)o3-pbtio3 (pzn-pt)和pb(mg1/3nb2/3)o3-pbtio3 (pmn-pt)单晶等,它们具有较强的压电响应和较高的介电常数[13],但是由于陶瓷和晶体的刚性和脆性,且它们的密度普遍较高,使得它们不适合用于柔性可穿戴电子设备以及生物医学领域中。有机压电材料的密度较低,具有一定的柔韧性,使其适合于需要经受大形变的场合,同时其根据使用需要可制备成多种形状。然而,有机压电材料的缺点在于其压电系数较低,且使用温度不高,使其应用受到限制。有机-无机复合压电材料一般通过把无机压电陶瓷粉体与有机聚合物通过一定的形式结合而成。复合压电材料的性能可以通过两相体积或质量比、分布状态、界面调控/表面改性等多种途径进行调整。通过合理的结构设计,复合压电材料在一定程度上兼具无机压电陶瓷和有机材料的优势和特点。

park[14]等人在其文章中报道了采用钛酸钡(batio3)纳米粒子、碳纳米管及pdms复合制备柔性压电能量收集器的工艺。碳纳米管可以有助于batio3纳米粒子在pdms基体中均匀分散,避免团聚,从而增强了分散在batio3上的应力以提高电学性能,促进了电荷的有效传输。lee[15]等人采用溶胶凝胶法在蓝宝石晶片上制备了厚度约2μm的锆钛酸铅(pzt)薄膜,而后通过刻蚀和紫外交联等工艺将其转移到举止(pet)柔性基片上。在声学波引起的振动下,pzt产生电信号并传输到数据采集器中。利用pzt薄膜在不同声学波下的电学信号差异可以模拟人耳对于声学波的响应,从而可以用来弥补失聪人群对于声音的感知。dagdeviren[16]等近期报道了采用聚酰亚胺封装的pzt纳米带作为应力传感器探测人体消化系统的工作状态并根据反馈进一步对其进行调控。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

(1)文献调研及理论学习

通过国内外相关文献的调研,掌握压电材料的原理和作为能量收集器的工作机制,了解压电复合材料的研究现状和进展,学习国内外结构优化设计的方法。

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3. 研究计划与安排

第1-4周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第5-8周:按照设计方案,用海绵模板法制备pzt陶瓷骨架,浇注pdms后烧结制得pzt/pdms压电复合材料。

第9-12周:采用xrd、扫描电子显微镜等方法对pzt/pdms压电复合材料进行物相结构的测试分析,并对其进行极化后运用高能激振器来对样品电性能测试。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] z.l. wang, w. wu, nanotechnology-enabledenergy harvesting for self-powered micro-/nanosystems, angew. chem. - int. ed.51 (2012) 11700–11721.

[2] y.b. lee, j.k. han, s.noothongkaew, s.k. kim, w. song, s. myung, s.s. lee, j. lim, s.d. bu, k.-s. an,toward arbitrary-direction energy harvesting through flexible piezoelectricnanogenerators using perovskite pbtio3 nanotube arrays, adv. mater. 29 (2017)1604500.

[3] y. zi, z.l. wang, nanogenerators:an emerging technology towards nanoenergy, apl mater. 5 (2017) 74103.

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