含金屬芯壓電纖維的有限元模擬設(shè)計(jì)與制備研究.pdf_第1頁(yè)
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1、含金屬芯壓電纖維具有傳統(tǒng)壓電材料所不具備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),其內(nèi)置的金屬芯本身即可作為一電極,單根纖維就可構(gòu)成一個(gè)傳感或驅(qū)動(dòng)器件。而其更具有獨(dú)特的輻射狀極化方向的特點(diǎn),使得含金屬芯壓電纖維在傳感、驅(qū)動(dòng)和能量收集領(lǐng)域都有著極大的開(kāi)發(fā)潛力和應(yīng)用前景。
  本文運(yùn)用多物理場(chǎng)耦合軟件COMSOL Multiphysics4.3b優(yōu)化了含金屬芯納米壓電纖維的最優(yōu)尺寸,確定了可獲取最大化能量的含金屬芯壓電纖維的結(jié)構(gòu)。模擬結(jié)果表明,鋯鈦酸鉛(PZT)壓

2、電陶瓷作為含金屬芯壓電纖維的壓電填充材料時(shí),當(dāng)它在外力的作用下,其形變量小但產(chǎn)生的電壓大;而聚偏氟乙烯(PVDF)作為壓電填充材料時(shí)則相反,其形變量大但產(chǎn)生電壓小;PZT壓電陶瓷作為填充材料產(chǎn)生電量約是PVDF的20倍。通過(guò)對(duì)含金屬芯壓電纖維的尺寸模擬分析,發(fā)現(xiàn)填充的中間層壓電材料越厚,則產(chǎn)生的徑向變形將越小,由變形量所決定的電壓也將越小;而當(dāng)纖維半徑值與纖維長(zhǎng)度的比值約為0.2時(shí),可獲得最大的輸出電壓值。
  在材料制備方面,本

3、文首先通過(guò)實(shí)驗(yàn)探索出一種既具柔韌性,又具良好壓電性能的0-3型壓電復(fù)合材料,用做含金屬芯壓電纖維的填充材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:溶液結(jié)晶法可以獲得β晶相的聚偏氟乙烯PVDF,β晶相的最佳轉(zhuǎn)變溫度為120℃;當(dāng)聚偏氟乙烯PVDF中添加40%wt含量PZT壓電陶瓷粉末時(shí),既保證了其壓電性,又綜合了其柔軟性,此時(shí)PZT壓電陶瓷顆粒在聚偏氟乙烯PVDF的基體中分布均勻,被基體所包覆且與基體間結(jié)合緊密,適合作為含金屬芯壓電纖維的填充材料。
  在

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