含金屬芯壓電纖維的有限元模擬設(shè)計與制備研究.pdf

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)成一個傳感或驅(qū)動器件。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)動和能量收集領(lǐng)域都有著極大的開發(fā)潛力和應(yīng)用前景。
　　本文運(yùn)用多物理場耦合軟件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，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。通過對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度的比值約為0.2時，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，既保證了其壓電性，又綜合了其柔軟性，此時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