石墨烯/PZT异质膜界面修饰开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

压电材料利用压电效应可将环境中不被利用的机械能如噪声、振动、人体运动等转化为电能,被称为压电俘能[1-3]。压电俘能因具有能量密度高、抗电磁干扰、功率输出稳定等优点,可代替化学电池为微电子设备供电,在柔性可穿戴领域中为实现器件的自供电有着广阔的应用前景[4]

柔性压电能量采集器主要通过以下三种途径实现:一是利用PVDF压电薄膜自身柔性的特点直接制备柔性压电能量收集器,但这些压电材料的压电性能比较差,输出功率普遍比较低[5];二是将压电材料与柔性聚合物材料混合得到复合压电材料,但由于其较低的压电性能和弱机械耦合性能而限制了其实际应用[6];三是将压电薄膜材料制备在聚合物柔性基底上[7],但压电陶瓷材料的高结晶温度(≥600℃)是聚合物基板所不能承受的,这是在聚合物柔性基底上直接制备压电陶瓷材料不可避免的问题,所以研究人员多采用衬底转移的方式来制备柔性压电薄膜。

当前,衬底转移方式主要有化学机械抛光法(CMP)、激光剥离法(LLO)、可控剥离法(CST)等,Lee H Y等利用化学机械抛光工艺将单晶PMN-PZT减薄到10μm,并将其转移到柔性PET基底上制备了柔性压电能量采集器,其开路电压和短路电流能达到45V和5.8μA[4]。Park K I等使用Sol-Gel法在蓝宝石基底上制备了PZT薄膜,并在其表面覆盖一层柔性PET基底,然后通过激光剥离技术将PZT连同PET基底一起剥离下来制备了柔性压电能量采集器,该能量采集器短路电流能够达到80μA[5]。Geon TaeHwang等在将PMN-PT减薄到8.4μm后,通过在薄膜表面电镀镍应力层,利用可控剥离技术剥离下薄膜并将其转移到柔性PET基底从而制备得到压电俘能器件。该柔性压电能量采集器能产生高达8.2V的输出电压和223μA的输出电流[6]。虽然采用衬底转移的方式可以制备出较高性能的柔性压电能量采集器,但进行这些步骤大都需要高成本的设备,不适用于批量生产,这也是本研究致力于开发一种简单的方法来制备PZT/聚合物柔性压电能量采集器的重要原因之一。

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