用于人體動(dòng)能收集的鋯鈦酸鋇鈣基無(wú)鉛壓電陶瓷研究
發(fā)布時(shí)間：2021-11-27 07:35
作為最豐富的綠色能源之一,人體動(dòng)能因壓電能量收集器（壓電納米發(fā)電機(jī),PENG）和可穿戴電子產(chǎn)品的蓬勃發(fā)展而備受青睞。多年來(lái),鋯鈦酸鉛（PZT）壓電陶瓷一直主導(dǎo)壓電電子設(shè)備的應(yīng)用市場(chǎng),但其高鉛含量對(duì)人體和環(huán)境均造成嚴(yán)重危害。鑒于鋯鈦酸鋇鈣（BCZT）的綠色無(wú)鉛性和與PZT媲美的高壓電性,開(kāi)發(fā)環(huán)境友好型柔性BCZT壓電陶瓷用于人體動(dòng)能收集,對(duì)清潔能源的有效利用和可穿戴電子設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。本論文針對(duì)PZT壓電陶瓷的高鉛毒性和傳統(tǒng)BCZT無(wú)鉛壓電陶瓷無(wú)法用于柔性電子器件等問(wèn)題,提出了 AB位離子共調(diào)控思路,平衡了 BCZT基無(wú)鉛壓電陶瓷的燒結(jié)、相變和電學(xué)特性,實(shí)現(xiàn)了其陶瓷纖維及薄膜對(duì)人體動(dòng)能的收集,建立了硬性陶瓷與柔性電子設(shè)備的應(yīng)用橋梁。且開(kāi)發(fā)了柔性BCZT基壓電-摩擦電復(fù)合器件,改善了輸出特性和對(duì)人體微小動(dòng)作的靈敏度,展示了其在可穿戴電子設(shè)備領(lǐng)域的良好應(yīng)用前景。本論文取得創(chuàng)新性成果如下:（1）采用Cu2+和Y3+共同調(diào)控BCZT結(jié)構(gòu)的AB位,考察了 Cu/Y摻雜對(duì)BCZT體系燒結(jié)、相變以及電學(xué)性能的影響規(guī)律。探明了體系燒結(jié)和相變特性的改善分別歸因于氧空位生成加速傳質(zhì)過(guò)程和Cu/Y...
【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所)北京市
【文章頁(yè)數(shù)】：170 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【部分圖文】：
圖１．２壓電效應(yīng)示意圖（ＩＩ）??
?第１章引言???收集器的開(kāi)發(fā)提供了良好的基礎(chǔ)條件。然而，具備六方纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)的壓電半??導(dǎo)體通常壓電系數(shù)偏低，故在一定程度上限制了其實(shí)際應(yīng)用。??圖１．３六方纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｈｅｘａｇｏｎａｌ?ｗｕｒｔｚｉｔｅ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??作為最常見(jiàn)的壓電陶瓷結(jié)構(gòu)，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)廣泛存在于各類(lèi)鉛基（如ＰＺＴ、??ＰｂＴｉＣｂ等）和無(wú)鉛（如ＢａＴｉ０３，?ＫＮＮ，?ＫＮｂ０３等）壓電陶瓷中。圖１．４ａ為一個(gè)??典型的順電相鈣鈦礦結(jié)構(gòu)晶胞，其結(jié)構(gòu)通式可由ＡＢ０３表示。其中，半徑較大的??Ａ原子和０原子分別占據(jù)六面體的各個(gè)頂點(diǎn)和面心位置，而半徑較小的Ｂ原子??則占據(jù)整個(gè)結(jié)構(gòu)的中心位置。此時(shí)，整個(gè)體系呈中心對(duì)稱(chēng)，正負(fù)電荷中心重合，??故不發(fā)生極化，也不表現(xiàn)出壓電性。但當(dāng)溫度降低到居里溫度（Ｔｃ）以下時(shí)，Ｂ??原子會(huì)因偏移中心位置而使正負(fù)電荷中心偏移（圖１．４ｂ），體系發(fā)生自發(fā)極化，??從而導(dǎo)致鐵電性和壓電性的產(chǎn)生。??—“十―產(chǎn)＃？今一?｜?擊??＂＾?Ａ?＋｜??＾?？?Ｂ?＇、、‘］?ｙ??０?丄＇．：◎?Ｏ?＿?ｎ?＾??０：?＾?■?０＂?〇……??圖１．４釣鈦礦結(jié)構(gòu)：ａ）順電相和ｂ）鐵電相??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?Ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：?ａ）?ｐａｒａｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｐｈａｓｅ?ａｎｔｉ?ｂ）?ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｐｈａｓｅ??５??
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【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Structure and Piezoelectric Properties of Lead-Free Na0.5Bi0.5TiO3 Nanofibers Synthesized by Electrospinning[J]. Di Zhou,Youhua Zhou,Yu Tian,Yafang Tu,Guang Zheng,Haoshuang Gu. Journal of Materials Science & Technology. 2015(12)
[2]從發(fā)明專(zhuān)利看無(wú)鉛壓電陶瓷的研究與發(fā)展——無(wú)鉛壓電陶瓷20年發(fā)明專(zhuān)利分析之一[J]. 賃敦敏,肖定全,朱建國(guó),余萍,鄢洪建. 功能材料. 2003(03)
[3]Pb(Sb2/3Mn1/3)O3-PbZrO3-PbTiO3三元系濾波器用的低Kp壓電瓷料[J]. 魏文林,徐慧芳,陳建飛. 壓電與聲光. 1979(05)
本文編號(hào)：3521828
【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所)北京市
【文章頁(yè)數(shù)】：170 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【部分圖文】：
圖１．２壓電效應(yīng)示意圖（ＩＩ）??
?第１章引言???收集器的開(kāi)發(fā)提供了良好的基礎(chǔ)條件。然而，具備六方纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)的壓電半??導(dǎo)體通常壓電系數(shù)偏低，故在一定程度上限制了其實(shí)際應(yīng)用。??圖１．３六方纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｈｅｘａｇｏｎａｌ?ｗｕｒｔｚｉｔｅ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??作為最常見(jiàn)的壓電陶瓷結(jié)構(gòu)，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)廣泛存在于各類(lèi)鉛基（如ＰＺＴ、??ＰｂＴｉＣｂ等）和無(wú)鉛（如ＢａＴｉ０３，?ＫＮＮ，?ＫＮｂ０３等）壓電陶瓷中。圖１．４ａ為一個(gè)??典型的順電相鈣鈦礦結(jié)構(gòu)晶胞，其結(jié)構(gòu)通式可由ＡＢ０３表示。其中，半徑較大的??Ａ原子和０原子分別占據(jù)六面體的各個(gè)頂點(diǎn)和面心位置，而半徑較小的Ｂ原子??則占據(jù)整個(gè)結(jié)構(gòu)的中心位置。此時(shí)，整個(gè)體系呈中心對(duì)稱(chēng)，正負(fù)電荷中心重合，??故不發(fā)生極化，也不表現(xiàn)出壓電性。但當(dāng)溫度降低到居里溫度（Ｔｃ）以下時(shí)，Ｂ??原子會(huì)因偏移中心位置而使正負(fù)電荷中心偏移（圖１．４ｂ），體系發(fā)生自發(fā)極化，??從而導(dǎo)致鐵電性和壓電性的產(chǎn)生。??—“十―產(chǎn)＃？今一?｜?擊??＂＾?Ａ?＋｜??＾?？?Ｂ?＇、、‘］?ｙ??０?丄＇．：◎?Ｏ?＿?ｎ?＾??０：?＾?■?０＂?〇……??圖１．４釣鈦礦結(jié)構(gòu)：ａ）順電相和ｂ）鐵電相??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?Ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：?ａ）?ｐａｒａｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｐｈａｓｅ?ａｎｔｉ?ｂ）?ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｐｈａｓｅ??５??
?第１章引言???收集器的開(kāi)發(fā)提供了良好的基礎(chǔ)條件。然而，具備六方纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)的壓電半??導(dǎo)體通常壓電系數(shù)偏低，故在一定程度上限制了其實(shí)際應(yīng)用。??圖１．３六方纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｈｅｘａｇｏｎａｌ?ｗｕｒｔｚｉｔｅ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??作為最常見(jiàn)的壓電陶瓷結(jié)構(gòu)，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)廣泛存在于各類(lèi)鉛基（如ＰＺＴ、??ＰｂＴｉＣｂ等）和無(wú)鉛（如ＢａＴｉ０３，?ＫＮＮ，?ＫＮｂ０３等）壓電陶瓷中。圖１．４ａ為一個(gè)??典型的順電相鈣鈦礦結(jié)構(gòu)晶胞，其結(jié)構(gòu)通式可由ＡＢ０３表示。其中，半徑較大的??Ａ原子和０原子分別占據(jù)六面體的各個(gè)頂點(diǎn)和面心位置，而半徑較小的Ｂ原子??則占據(jù)整個(gè)結(jié)構(gòu)的中心位置。此時(shí)，整個(gè)體系呈中心對(duì)稱(chēng)，正負(fù)電荷中心重合，??故不發(fā)生極化，也不表現(xiàn)出壓電性。但當(dāng)溫度降低到居里溫度（Ｔｃ）以下時(shí)，Ｂ??原子會(huì)因偏移中心位置而使正負(fù)電荷中心偏移（圖１．４ｂ），體系發(fā)生自發(fā)極化，??從而導(dǎo)致鐵電性和壓電性的產(chǎn)生。??—“十―產(chǎn)＃？今一?｜?擊??＂＾?Ａ?＋｜??＾?？?Ｂ?＇、、‘］?ｙ??０?丄＇．：◎?Ｏ?＿?ｎ?＾??０：?＾?■?０＂?〇……??圖１．４釣鈦礦結(jié)構(gòu)：ａ）順電相和ｂ）鐵電相??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?Ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：?ａ）?ｐａｒａｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｐｈａｓｅ?ａｎｔｉ?ｂ）?ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｐｈａｓｅ??５??
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Structure and Piezoelectric Properties of Lead-Free Na0.5Bi0.5TiO3 Nanofibers Synthesized by Electrospinning[J]. Di Zhou,Youhua Zhou,Yu Tian,Yafang Tu,Guang Zheng,Haoshuang Gu. Journal of Materials Science & Technology. 2015(12)
[2]從發(fā)明專(zhuān)利看無(wú)鉛壓電陶瓷的研究與發(fā)展——無(wú)鉛壓電陶瓷20年發(fā)明專(zhuān)利分析之一[J]. 賃敦敏,肖定全,朱建國(guó),余萍,鄢洪建. 功能材料. 2003(03)
[3]Pb(Sb2/3Mn1/3)O3-PbZrO3-PbTiO3三元系濾波器用的低Kp壓電瓷料[J]. 魏文林,徐慧芳,陳建飛. 壓電與聲光. 1979(05)
本文編號(hào)：3521828
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