能量收集用1-3型压电复合材料
0—3型PZTPVDF压电复合材料的制备及其性能研究的开题报告
0—3型PZTPVDF压电复合材料的制备及其性能研究的开题报告一、选题背景随着社会的发展和科技的进步，压电材料逐渐被广泛应用于传感器、马达、声音控制系统等领域。
其中，PZT（铅锆钛酸钡）和PVDF（聚偏氟乙烯）是目前应用最广泛的压电材料。
由于PZT具有良好的压电和介电性能，而PVDF在柔性、轻质、高温和化学惰性等方面表现出色，因此将它们二者复合，可以有效地提升压电复合材料的性能。
目前，已有很多学者对PZT和PVDF的复合材料进行了研究，但对0-3型的PZT/PVDF复合材料的研究还比较少。
因此，本文旨在通过制备0-3型PZT/PVDF压电复合材料，研究其压电性能、介电性能和力学性能，并探究其在实际应用中的潜力。
二、研究目的本研究的主要目的是制备0-3型PZT/PVDF压电复合材料，并对其进行性能测试和分析，包括压电性能、介电性能和力学性能。
通过研究，探究0-3型PZT/PVDF压电复合材料的优越性能和应用潜力。
三、研究内容1. 制备0-3型PZT/PVDF压电复合材料本研究将采用溶液旋涂制备法制备PZT/PVDF压电复合材料。
首先，将PZT粉末与PVDF溶液混合，制备PZT/PVDF复合材料的糊料。
然后使用旋涂机将糊料涂覆在基板上，烘干并烧结得到0-3型PZT/PVDF压电复合材料。
2. 测试0-3型PZT/PVDF压电复合材料的性能本研究将对制备好的0-3型PZT/PVDF压电复合材料进行性能测试。
具体测试包括：(1) 压电性能测试：采用压电测试仪测试复合材料的电气压电系数、机械压电系数等碳特性。
(2) 介电性能测试：使用高频介电测试仪测试复合材料的介电常数、介电损耗等性能。
(3) 力学性能测试：使用拉伸测试机测试复合材料的拉伸强度、弹性模量等力学性能。
四、研究意义本研究的意义在于：(1) 探究PZT/PVDF复合材料的最佳制备工艺，制备出具有优良性能的0-3型PZT/PVDF压电复合材料。
(2) 评价0-3型PZT/PVDF压电复合材料的压电性能、介电性能和力学性能，为其实际应用提供数据支持。
水泥基压电复合材料的制备及其性能研究
水泥基压电复合材料的制备及其性能研究刘明凯;任秋荣;李向召【摘要】水泥基压电复合材料可有效解决传统智能材料与混凝土母体结构材料之间的相容性问题,它不但具有感知功能,而且具有驱动功能,其制备工艺简单,造价低,非常适合于土木工程领域中智能材料的发展需要,因此,研究与开发该类压电复合材料对于推动各类土木工程结构向智能化方向发展有着广泛的工程应用意义和学术价值.本文采用压制成型法和切割--填充法分别制备了0-3型和1-3型水泥基压电复合材料,重点研究了其压电性能和介电性能.【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2011(033)011【总页数】4页(P97-100)【关键词】水泥基压电复合材料;压电性能;介电性能【作者】刘明凯;任秋荣;李向召【作者单位】安阳师范学院建筑工程学院,安阳,455000;安阳师范学院建筑工程学院,安阳,455000;安阳师范学院建筑工程学院,安阳,455000【正文语种】中文【中图分类】TP3910 引言水泥基压电智能复合材料是近年来才刚刚发展起来的一种新型的功能复合材料。
在各类建筑向智能化发展的背景下，人们愈加重视水泥基复合材料向智能化方向发展，以使智能建筑更加简洁，可靠和高效。
以目前的科技水平，制备完善的水泥基智能复合材料还相当困难和难以实现，但在开发水泥基机敏复合材料方面己进行了一些研究[1]。
目前，国内外仅见香港科技大学报道过这方面的研究工作，Li Zongjin等以白水泥为基体，采用常规的成型技术于2002年首次制备了0-3型水泥基压电复合材料[2～5]，通过调节复合材料组分的比例，可以使0-3型水泥基压电复合材料与混凝土之间具有良好的相容性。
当压电陶瓷体积分数在40-50%之间时，即可将复合材料的声阻抗特性调节到与混凝土母体结构材料相匹配的状态(达到9.0×106kg/m2·s左右)；在PZT含量相同的情况下，其极化电压远远小于聚合物基0-3压电复合材料的，而压电性能和机电祸合系数却高于后者。
路面用环氧基压电复合材料制备及性能
佳成 型和极化条件下 ， 压 电复合材料 的介 电常数及压 电应变常数分别为 ２ １ ０ ． ５ ３和 ６ ４ ｐ Ｃ ／ Ｎ； 并在该 复合压 电材料 施加 正弦稳幅荷 载（ 频率 ： １ ０ Ｈ ｚ ， 均值 ： 一６ ０ ０ Ｎ， 幅值 ： ４ ０ ０ Ｎ） ， 其可稳态输出 ８ ． １ Ｖ电压 ， 其储存 的能量为 ３ ０ ４ ． ２ ｕ ． １ 。
【 关键词 】 Ｐ Ｚ Ｔ ／ 环氧树脂复合材料 ； 制备 工艺 ； 极化条件 ； 压电性能 ； 沥青路 面 【 中图分 类号 】 Ｕ ５ ９ ９
Ｏ 引 言
【 文献标识码 】 Ｂ
【 文章编号 】 １ ０ ０ １ — ６ ８ ６ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ８ — ０ ０ １ １ — ０ ３
脂 技术指标见表 ２ 。
表１ Ｐ Ｚ Ｔ一 ５ Ｈ主要技术指标
基 于压 电材 料 的 能量 回收 技术 已经 成 为 一 种很 有发展前途 的能量采 集方式 … ， 如何利 用压 电效 应将 环境 中的机 械 能转 化 为 电应变常数 ｄ ３ ３ ／ １ ０ Ｃ・Ｎ一 压电电压常数 ｇ ３ ３ ／ １ ０Ｉ ３ Ｖｍ・ Ｎ
（ ２ ５ ｏ Ｃ） 下采用准静态 ｄ 测量仪 随机钡 ０ 试样 品十六 个
材料成 型模具 ， 并 采用 压制成 型方法 制备尺寸 为 ｌ ６
Ｐ Ｚ Ｔ ／ 环 氧树 脂压电复合材料 中 Ｐ Ｚ Ｔ的体积 分数 、 制备 工 艺和极化条件对 压 电性能 的影 响 ， 并在 模 拟动载 作 用 下的压 电复 合材 料压 电响应 来评 价 Ｐ Ｚ ｒ ｒ ／ 环 氧树 脂 压 电复合材料压 电性能 ， 为压 电复 合材料 在 沥青路 面
复合材料考试重点
1 复合材料定义复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。
2RMC（聚合物基复合材）中聚合物的主要作用是：把纤维粘接在一起；分配纤维间的荷载；保护纤维不受环境影响。
3 无机凝胶材料主要包括水泥、石膏、菱苦土和水玻璃等。
4 复合材料的增强体作用：增加强度、改善性能5 界面是复合材料的特征6 颗粒尺寸越小，体积分数越高，强化效果越好。
7 混合法则：纤维、基体对复合材料平均性能的贡献正比于它们各自的体积分数。
8 对于单向连续纤维增强复合材料弹性模量、抗张强度、泊松比、剪切强度等性能均符合混合法则9 平行于纤维方向称为“纵向”，垂直于纤维方向为“横向”。
10 忽略热膨胀系数、泊松比以及弹性变形差等引起的附加应力，认为整个材料的纵向应变是相同的。
11复合材料初始变形后的行为四个阶段1）纤维与基体均为线弹性变形；2）纤维继续线弹性变形，基体为非线性变形；3）纤维与基体都是非线性变形；4）随着纤维断裂，复合材料断裂12 金属基复合材料的第二阶段占比较大的比例，而脆性纤维复合材料未观察到第三阶段13 短纤维一般指长径比小于100的各种增强纤维。
14 复合材料的界面是指一层具有一定厚度（纳米以上）、结构随基体和增强体而异的、与基体有明显差别的新相15 复合材料的界面虽然很小，但它是有尺寸的，约几个纳米到几个微米，是一个区域，或一个带、一层，它的厚度呈不均匀分布状态16 在聚合物基复合材料的设计中：首先应考虑如何改善增强材料与基体间的浸润性；还要保证有适度的界面结合强度；同时还要减少复合材料成型中形成的残余应力；调节界面内应力和减缓应力集中17 碳纤维表面上涂覆（惰性涂层）和能与基体树脂发生反应或聚合的涂层，比较后发现，惰性涂层效果较好，活性涂层可能由于降低了相界面的浸润性而效果不良。
（浸润不良）将会在界面产生空隙，易产生应力集中而使复合材料发生开裂。
18 在复合材料成型过程中形成的（界面残余应力），会使界面传递应力的能力下降，最终导致复合材料的力学性能降低。
压电材料概述
压电材料概述班级：稀土10-1姓名：***学号：**********指导老师：***时间：2012-11-30压电材料概述摘要本文介绍了压电效应的作用机理以及材料产生压电效应的原因，并综合概括了压电材料的发展历程及现今的研究方向。
关键词压电效应；压电材料；发展历程；发展方向压电材料是受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料。
由于压电材料的这一性能，以及制作简单、成本低、换能效率高等优点，压电陶瓷被广泛应用于热、光、声、电子学等领域。
主要应用有压电换能器、压电发电装置、压电变压器，医学成像等。
1、压电材料与压电效应1880年，法国物理学家P. 居里和J.居里兄弟发现，把重物放在石英晶体上，晶体某些表面会产生电荷，电荷量与压力成比例。
这一现象被称为压电效应。
随即，居里兄弟又发现了逆压电效应，即在外电场作用下压电体会产生形变。
压电效应的机理是：具有压电性的晶体对称性较低，当受到外力作用发生形变时，晶胞中正负离子的相对位移使正负电荷中心不再重合，导致晶体发生宏观极化，而晶体表面电荷面密度等于极化强度在表面法向上的投影，所以压电材料受压力作用形变时两端面会出现异号电荷。
反之，压电材料在电场中发生极化时，会因电荷中心的位移导致材料变形。
材料要产生压电效应,其原子、离子或分子晶体必须具有不对称中心,但是由于材料类型不同,产生压电效应的原因也有所差别。
下面以压电陶瓷为例,解释压电效应产生的原因。
压电陶瓷是人工制造的多晶压电材料,与石英单晶产生压电效应有所不同。
在无外电场作用时,压电陶瓷内的某些区域中正负电荷重心的不重合,形成电偶极矩,它们具有一致的方向,这些区域称之为电畴。
但是各个电畴在压电陶瓷内杂乱分布(图a),由于极化效应被相互抵消,使总极化强度为零,呈电中性,不具有压电特性。
如果在压电陶瓷上施加外电场,电畴的方向将发生转动,使之得到极化,当外电场强度达到饱和极化强度时,所有电畴方向将趋于一致(图b)。
压电复合材料电学参数仿真预测
电学参数， 所得各参 数几乎完 全符合 表 ２ 误 差甚 ，
（ 兰州理工大学 有色金属新材料国家重点实验室 ， 甘肃 兰州 ７ ００ ） ３ ００
摘
要： 利用有限元分析软件 Ａ Ｓ Ｓ 在成功预测压电陶瓷电学参数 的基 础上 ， 压电复合材 料电学参数进 行了仿 ＮＹ ， 对
真预 测。本文 以压 电陶瓷 Ｐ Ｔ一 Ａ与环氧数树脂组成 的压电复合材料为例 ， Ｚ ５ 预测 了 ４种基 本连通类 型 Ｏ 、一３ 一３ ｌ 、 ２ 、—３型压 电复合材料的压 电应力 常数 、 对夹 持介 电常 数 ， —３ ３ 相 分析 了各常 数在 压 电相体 积 分数分 别为 １％ 、 ０ ３ ％ 、０ 、０ ０ ５ ％ ７ ％时的变化情况 。并针对电学参数的预测方法及 预测结果 与 ｃ Ｚ ａｇＭ． ． 进行 了对 比分析。 ．ｈ ｎ ， Ｓ Ｗｕ
从公式（ ） １ 中可以看出， 当外加电场为零 ， 仅施 加位移载荷时， 以求解 出弹性刚度 系数 ； 可 反之可 以求解出加持介电系数与压 电应力系数。 以压 电陶瓷 Ｐ Ｔ一 Ａ为例 ， Ｚ ５ 提取 代表 性体 积 单
元建 立 模型 ， 图 １ 示 。其 中 ２４ ６面 的法 线 分 如 所 、、
数为材 料本身介 电系数 与真 空介 电系数 的 比值 。
运 用ＮＹ
参 数 的基 础上 进 而 预测 了Ｏ 一３、— ３ ２ 、— ３ １ 、—３ ３ ，
表 １ 压 电陶瓷 Ｐ Ｉ一 Ａ。 Ｚ＂ ５ 环氧树脂的材料参数
２ 仿真预测方法 的提 出与验证
１ ３， — ２＿ ２， — ３， ２ ３ …
。
ｌ 压 电材料本构方 程
文 意在预测压 电复合 材 料在机械 夹持 和电学短
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济性和在室温下操作的能力外，它还可以旋转超细和纳米级有机/无机纤维和 通过在衬底上直接制造压
电NF来简化测量过程
①
②
基本原理：
由于电场的作用，聚合物溶液表面会产生电荷。
进一步增加电场强度，是用来克服表面张力的静
电排斥力到达一个临界值，此时带电射流从
DC
Taylor锥尖喷射出来。带电后的聚合物射流经过
变下的的峰矮而宽；
➢ 在不同应力下感应的电荷总量是一样的，这 是由于在应变过程中几乎没有压电电荷损失。
没有探究PZT厚度及面积对感应电荷的影响。
THANKS FOR WATCHING
➢ 用于能量收集的复合材料应该优选地包 括具有低介电常数的聚合物基质中的低 体积分数的取向的压电纤维。
静电纺织法
压电纳米材料，尤其是柔性纳米纤维（NF）和纳米线（NW），由于其独特的特性（如轻质，柔韧性和 高机械强度），有利于开发小型化设备，如有机-无机复合柔性压电材料，因此受到广泛关注。
在各种NFs合成技术中，静电纺丝被认为是最有效的方法之一，因为它具有以下优点：除了通用性，经
1-3 composites for flexible piezoelectric generators
2019.6.20
压电复合物的d×g取决于许多参数，例如基质和填料的 介电常数，体压电电荷系数，极化效率，颗粒和纤维的纵 横比，以及颗粒间距离。
➢ 对于随机复合材料， d33×g33的值很小， 并且随填料体积分数单调缓慢增加。
随机样品中的取向因子（S）远低于垂直样品中测 量的值，但随机样品的电输出超过了从垂直样品 获得的电输出，因为沿弯曲方向取向的样品中的 变形PZT纤维的数量超过垂直样品的值。
在不同应变下的样品的电流及感应电荷: ➢ 电流分别为0.86 和 0.29 μA； ➢ 高应变下的电流跟感应电荷峰高而尖，低应
S aligned = 0.896 S randomly = 0.219
双层堆叠的样品的电压和电流是从单层的两倍，电压和电 流都取决于PZT厚度。这意味着它们电信号仅来源于压电 效应而没有任何摩擦电效应。
在弯曲运动期间，外应变通过柔性PDMS基质 转移到纺织品中的PZT纳米纤维。该应变产生
总的来说：压电电压取决于PZT厚度，而压电电流受PZT层 的厚度和面积的影响。
不稳定拉伸过程，变得很细很长。同时溶剂挥发，
得到带电的聚合物纤维。
排列（更对齐的NF）; 连续性（更少的断裂NF）; 平滑度（带珠子的NF更少）
因此，向基于BCTZ的系统中添加少量Y 3+可有助于NF的 形态和直径分布。
u
1 2
d2
0 r
F A
2g33 30.6 p来自 / N d33 g33 2.12 pm2 / N
➢ 取向的复合材料在低体积分数区域中表 现出一个高的峰值。 由于在低填料体积 分数下d33的急剧增加，因此在填充量约 5-10 vol％时出现峰值。
➢ d33×g33的最大值随着颗粒间距离的减小 而增加，从准1-3颗粒复合材料，到准1-3 纤维复合材料，到1-3复合材料，这是由 于颗粒间距离的逐渐减小。
压电电势，并且产生的电荷在两个电极处累积。
当施加的应变被释放时，累积的电子沿相反方
向向后移动，产生压电电流，并且积聚的压电
电势消失。
r： 从应变中性线到复合层顶部的距离； R：应变中性弧的半径； t： PZT / PDMS复合层的厚度； h：弧的高度； a：弧的半宽。
垂直样品中的纤维取向和弯曲方向是正 交的。因此，很少有PZT纳米纤维沿纵 向拉伸，即压电相受到的应变很小。因 此，垂直样品显示出比并联器件低得多 的压电性产生。