基于城市道路用壓電材料及其發(fā)電裝置的研究.pdf

1、鋯鈦酸鉛(PZT)壓電厚膜材料因其壓電效應(yīng)明顯、壓電性能好、使用頻率范圍寬而倍受關(guān)注，針對(duì)其制備過(guò)程中體積收縮易開(kāi)裂，難以大面積成型的現(xiàn)狀。本文采用溶膠凝膠法制得PZT粉體，通過(guò)流延法制備出PZT壓電厚膜和0-3型PZT/PVDF壓電復(fù)合材料。利用差熱分析、掃描電子顯微鏡、X射線衍射儀和壓電性能測(cè)試儀等手段，研究了不同配比、不同厚度、不同頻率對(duì)壓電厚膜電學(xué)性能的影響，并經(jīng)過(guò)理論計(jì)算和模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)壓電發(fā)電裝置進(jìn)行了初步研究。
　　

2、采用溶膠凝膠法制得單一鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的Pb(zr0.52Ti0.48)O3粉體，以10ml流延膠中加入120gPZT粉的配比進(jìn)行流延制得PZT坯膜，經(jīng)1100℃燒結(jié)后得到無(wú)裂紋、晶粒尺寸小且分布均勻的壓電厚膜。PZT膜的壓電常數(shù)d33、介電常數(shù)、介電損耗隨膜厚度的增加而增加；電容、介電常數(shù)隨檢測(cè)頻率的增大而減小。所制PZT厚膜的厚度為200μm時(shí)，其壓電常數(shù)d33最大值為109pC/N，當(dāng)測(cè)試頻率為1KHz時(shí)，介電常數(shù)最大值為179，介電損

3、耗最小值為0.25。
　　 采用PZT原料粉加過(guò)量1.5wt％Pb3O4，經(jīng)1200℃燒結(jié)制備出純四方鈣鈦礦型的Pb(Zr0.52Ti0.48) O3粉體，并利用流延法制備出結(jié)構(gòu)均勻致密，無(wú)雜質(zhì)相，分散性良好的0-3型PZT/PVDF壓電復(fù)合材料。介電常數(shù)ε、機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Q均隨著測(cè)試頻率的增大而下降并趨于穩(wěn)定；介電損耗隨測(cè)試頻率的增大而增大并趨于穩(wěn)定；隨著PZT體積分?jǐn)?shù)的增加，壓電常數(shù)d33、介電常數(shù)ε、介電損耗tanδ、機(jī)械品

4、質(zhì)因數(shù)Q數(shù)值均逐漸增大，當(dāng)PZT體積分?jǐn)?shù)達(dá)到70％時(shí)，復(fù)合材料的性能最佳。在1kHz的測(cè)試頻率下，復(fù)合材料的壓電常數(shù)d33為26.5 pC/N，介電常數(shù)ε為44.8，介電損耗tan8為0.028，機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Q為58.0。
　　 通過(guò)壓電材料的性能參數(shù)和理論公式計(jì)算，選擇PZT作為壓電發(fā)電裝置的發(fā)電元件，壓電堆以并聯(lián)方式連接，并采用降壓增流電路，發(fā)電效率最高，加載頻率為10Hz，載荷為4000N，裝置的輸出電壓為37V，電流最大