【摘 要】
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利用压电材料独特的机/电转换特性,可以实现对不同应力/应变等参数的监测,同时也能将环境中的机械能转换成电能并储存实现能量收集。因此,基于压电材料的传感器及能量收集技
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利用压电材料独特的机/电转换特性,可以实现对不同应力/应变等参数的监测,同时也能将环境中的机械能转换成电能并储存实现能量收集。因此,基于压电材料的传感器及能量收集技术对于复杂动态应力/应变监测及研发自供电型微电子设备(例如无线传感网络)具有重要意义。Ba(Ti0.8Zr0.2)03-x(Ba0.’7Ca0.3)Ti03(BZT-xBCT)压电陶瓷块体的d33高达620pC/N,且成份不含铅,绿色环保,是最近几年出现的一例高性能无铅压电材料。本文以静电纺丝法制备了高性能的0.5BZT-0.5BCT压电纤维,并构建了压电-聚合物复合材料器件,具有很好的柔韧性,并在其中掺杂导电相进一步提高电信号输出,研究了压电纤维和器件的制备及性能,主要研究内容如下:(1)静电纺丝法制备0.5BZT-0.5BCT压电纤维。研究了纤维的微观形貌结构,通过压电力显微镜(PFM)测试了纤维的压电、铁电性,并以其作为压电相,与多壁碳纳米管(MW-CNTs)混合PDMS制备了压电纤维基复合材料。(2)基于压电复合材料的三明治结构压电传感器的制备。研究各不同组分及不同压电层厚度对其输出电学信号的影响规律,确定最佳器件制备工艺;探讨MW-CNTs的添加提高纳米发电机电信号输出的机理;研究外接荷载对纳米发电机的输出性能影响规律、动态响应特性以及其稳定性。(3)压电传感器的传感特性及在能量收集方面的应用研究。测试三明治结构的压电传感器对于挤压变形及垂直冲击力的传感特性,以及在能量收集方面的应用;制备了无基底拉伸应变压电传感器,测试其力学性能,并对其灵敏度,线性度,分辨率及量程等参数做详细的研究,探索其作为传感器的应用基础。
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