BaTiO3-CNT復合有機柔性材料的結構設計與發(fā)電性能研究.pdf

1、利用介電彈性體的逆效應，可實現(xiàn)電輸出，為微型電子產(chǎn)品提供能源，是目前能量轉換領域的熱門研究課題。采用楊氏模量極低的硅橡膠（PDMS）為基體，填充高介電常數(shù)的壓電陶瓷以提高其介電性能是本領域的研究熱點。本文分別以具有大形變能力的有機物PDMS和具有鐵電性的有機物PVDF作為基體，通過改變壓電填充物的狀態(tài)，系統(tǒng)研究BaTiO3/CNT復合有機柔性材料的組織結構、介電行為與發(fā)電性能。
　　壓電填充物的合成與改性是改善有機復合材料性能的前

2、提。利用水熱方法首先實現(xiàn)了壓電填充物BaTiO3納米線的合成，XRD和SEM結果表明合成的BaTiO3納米線純度高，無雜相，納米線直徑約為20nm。采用CVD技術，在BaTiO3顆粒表面接枝納米碳管，以實現(xiàn)壓電填充物的改性，Raman光譜和SEM試驗結果表明納米碳管成功接枝到BaTiO3顆粒表面。為了對比試驗，本文選用了BaTiO3顆粒、BaTiO3納米線、機械混合的BaTiO3納米線與納米碳管以及BaTiO3顆粒接枝納米碳管四種填充物

3、。
　　PDMS基有機復合材料發(fā)電性能測試結果表明，填充物為BaTiO3顆粒時，輸出電壓隨摻雜量的增加先升高后保持不變，填充量為10wt％時達到最大值4.2V；填充物為BaTiO3納米線時，輸出電壓隨填充量的增加先升高后降低，填充量為7.5wt%時達到最大值5.7V；填充物為BaTiO3納米線加納米碳管時，輸出電壓隨納米碳管的含量增加先升高后顯著降低，碳管含量為1wt%時達到最大值7.3V；填充物為BaTiO3顆粒接枝納米碳管時，

4、輸出電壓隨填充量的增加先升高后降低，填充量為7.5wt%時達到最大值15.2V，復合材料的發(fā)電性能比填充BaTiO3顆粒時提高了260%；發(fā)電性能的提高主要來自于復合材料界面處載荷傳遞和電荷輸出效果的提升。
　　對PVDF基有機復合材料進行了電性能測試，由于PVDF有機鐵電基體的形變量小，導致其發(fā)電性能不理想。復合材料的介電性能測試表明，填充物為BaTiO3顆粒時，復合材料介電常數(shù)隨填充量增加而變大，填充量為10wt%時，1kHz

5、頻率下測得最大值為22，介電損耗隨填充量增加而降低；填充物為BaTiO3納米線時，復合材料介電常數(shù)隨填充量增加而變大，但最大值僅為16，介電損耗隨填充量增加而升高；填充物為BaTiO3顆粒接枝納米碳管時，復合材料介電常數(shù)隨填充量增加而變大，填充量為10wt%時，1kHz頻率下測得最大值為27，比直接填充BaTiO3顆粒時提高了23%，更重要的是其介電損耗隨填充量增加基本保持不變，在1kHz測試頻率下穩(wěn)定在0.03左右。壓電和鐵電性能測試