基于城市道路用压电材料及其发电装置的研究

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1、摘要论文题目：基于城市道路用压电材料及其发电装置的研究学科名称：材料学研究生：何超指导教师：陈文革教授摘要锆钛酸铅(PZT)压电厚膜材料因其压电效应明显、压电性能好、使用频率范围宽而倍受关注，针对其制备过程中体积收缩易开裂，难以大面积成型的现状。本文采用溶胶凝胶法制得PZT粉体，通过流延法制备出PZT压电厚膜和0．3型PZT／PVDF压电复合材料。利用差热分析、扫描电子显微镜、x射线衍射仪和压电性能测试仪等手段，研究了不同配比、不同厚度、不同频率对压电厚膜电学性能的影响，并经过理论计算和模拟实验对压电发电装置进行了初步研究。采用溶胶凝胶法制得单一钙钛矿结构的Pb(Zro．52T

2、io．48)03粉体，以10ml流延胶中加入1209PZT粉的配比进行流延制得PZT坯膜，经1100℃烧结后得到无裂纹、晶粒尺寸小且分布均匀的压电厚膜。PZT膜的压电常数d33、介电常数、介电损耗随膜厚度的增加而增加；电容、介电常数随检测频率的增大而减小。所制PZT厚膜的厚度为2009m时，其压电常数d33最大值为109pC／N，当测试频率为1KHz时，介电常数最大值为179，介电损耗最小值为O．25。采用PzT原料粉加过量1．5wt％Pb304，经1200。C烧结制备出纯四方钙钛矿型的Pb(Zro．52Tio．48)03粉体，并利用流延法制备出结构均匀致密，无杂质相，分散性良

3、好的0-3型PZT／PVDF压电复合材料。介电常数￡、机械品质因数Q均随着测试频率的增大而下降并趋于稳定；介电损耗随测试频率的增大而增大并趋于稳定；随着PzT体积分数的增加，压电常数d33、介电常数￡、介电损耗tan5、机械品质因数Q数值均逐渐增大，当PZT体积分数达到70％时，复合材料的性能最佳。在lkHz的测试频率下，复合材料的压电常数d33为26．5pC／N，介电常数￡为44．8，介电损耗tan8为0．028，机械品质因数Q为58．o。通过压电材料的性能参数和理论公式计算，选择PZT作为压电发电装置的发电元件，压电堆以并联方式连接，并采用降压增流电路，发电效率最高，加载频

4、率为10Hz，载荷为4000N，装置的输出电压为37V，电流最大为75衅，功率可达到近3mW。关键词：PzT；厚膜；压电材料；溶胶凝胶法；流延法；装置II西安理工大学硕士学位论文—————————————————————————————————————————————————————————————一一AbstractTitle：STUDY0FPIZEOELECTRICMATERIALSANDPOWERGENERATIONDEVICEBASEDONURBANROADSMajor：MaterialScienceandEngineeringName：HEChaoSupervisor

5、：Prof．CHENWengeAbstractSignature：一}1己‰Leadzirconate-titanate(PZT)piezoelectricthick-filmhaswidelyattractedmuchattentionbecauseofitsobviouspiezoelectriceffect，excellentpiezoelectricproperties，wide-appliedfrequencyrange，accordingtothepreparation，suchasshrinkandcrackeasily，difficultlarge-areafo

6、rming．Inthisarticle，PZTpowderswerepreparedbySOl-gelprocess，PZTpizeoelectricthick—filmand0—3PZT／PVDFpizeocompositeweremanufacturedbytape-casting．Effectofdifferentratios，thicknessandfrequenciesonelectricalpropertiesofPZTpizeoelectricthick-filmWasresearchedbydifferentialthermalanalysis，scanning

7、electronmicroscope，X-raydiffractionandpizeoelectricperformancetester,pizeoelectricpowergenerationdevicewasstudiedthroughtheoreticalcalculationandsimulation．Pb(Zr0．52Ti0．48)03powdersofperovskitestructurewerepreparedbySOl_gelprocessingandmixedwithcol