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压电陶瓷论文:压电陶瓷 能量收集 压电复合材料

2017-11-13 5页 doc 21KB 61阅读

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压电陶瓷论文:压电陶瓷 能量收集 压电复合材料压电陶瓷论文:压电陶瓷 能量收集 压电复合材料 压电陶瓷论文:压电陶瓷 能量收集 压电复合材料 【中文摘要】自从首次压电效应发现以来,压电材料及其应用迅速发展。从最开始的压电晶体、压电陶瓷,到目前的纳米压电复合材料和压电纳米纤维等都,反应出了科技的发展。随着无线传感器网络的迅速发展,如何为无线传感器网络节点提供能量来源成为人们关注的重点,压电俘能器在各种俘能方案中是最具潜力的一种。同时,随着人们对环境保护的日趋重视,无铅压电材料也越来越受到重视。因此,本论文以俘能器采用的压电材料为对象,进行了制备和测试研究,具体内容如下:...
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压电陶瓷论文:压电陶瓷 能量收集 压电复合 压电陶瓷论文:压电陶瓷 能量收集 压电复合材料 【中文摘要】自从首次压电效应发现以来,压电材料及其应用迅速发展。从最开始的压电晶体、压电陶瓷,到目前的纳米压电复合材料和压电纳米纤维等都,反应出了科技的发展。随着无线传感器网络的迅速发展,如何为无线传感器网络节点提供能量来源成为人们关注的重点,压电俘能器在各种俘能方案中是最具潜力的一种。同时,随着人们对环境保护的日趋重视,无铅压电材料也越来越受到重视。因此,本论文以俘能器采用的压电材料为对象,进行了制备和测试研究,具体内容如下:(1)利用锆钛酸铅(PZT)压电片作为俘能元件,利用的能量收集电路和示波器,测得来自激振系统的振动经过压电片和电路转换后输出到负载电阻上的电压和功率。发现测试得到的电压随频率的变化先增大后减小。当频率为68 Hz时其最大的输出电压为2.75 V;当负载电阻为4.57 kΩ时候,最大输出功率为0.64μW,此时频率为80 Hz。(2)采用传统的固相法制备了 Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-x(Ba0.7Ca0.3)TiO3 (BZT-xBCT或BZT-BCT)体系的无铅压电陶瓷,采用XRD和SEM征了其物相结构和形貌,并测试了其压电、铁电和介电性能。测试了不同的烧结温度,对BZT-BCT体系陶瓷的压电、铁电和介电性能。实验结果显示,1350?C烧结的BZT-BCT压电陶瓷其压电常数d33最大,可达230 pC/N,与传统含铅材料PZT-8相当。同时,在此温度下烧结的陶瓷具有较好的介电和铁电性能。(3)用混合热压法制备了含铅的PZT/PVDF压电复合材料和无铅的BZT-BCT/PVDF压电复合材料,研究了两种材料中陶瓷的体积分 数对其复合材料压电常数d33的影响。研究结果表明随着陶瓷的体积 分数的增加,压电常数均随之增加。通过对比还发现,在陶瓷的体积分 数约为60%时,BZT-BCT/PVDF复合材料的压电常数与传统PZT/PVDF性 能相当。这一结果表明,无铅压电材料有可能取代传统的PZT陶瓷材 料。 【英文摘要】Since discovered piezoelectric effect, piezoelectric materials and their applications have been rapidly developed, such as developed from original piezoelectric crystal and ceramic to piezoelectric nano-composite and nanofiber. With the rapid development of wireless sensor networks, much attention is focused on providing the energy source of wireless sensor networks. In all the method providing powder for wireless sensor networks, piezoelectric energy harvesting is a method with the largest potential. As environmental protection is attracted more and more attention, significant progress has been made in the development of lead-free piezoelectric material in the last a few years.In this dissertation, PZT piezoelectric discs was used as energy harvesting components, the output voltage and power was measured using a standard energy harvesting circuit and oscilloscope, when the vibration from the excitation system passing through the piezoelectric materials and circuit transferred to the load resistor. The experiment results show that the voltage increase first then decrease with the increased frequency. The maximum output voltage and power are 2.75 V and the 0.64μW at the frequency of 68 Hz and 80 Hz, respectively.BZT-BCT piezoelectric ceramics were prepared by the traditional solid state sintering, XRD and SEM were used to characterization the phase structure and surface topography, and their piezoelectric, ferroelectric and dielectric property were measured. The effect of sintering temperature on the BZT-BCT piezoelectric ceramics performance was studied. The result show that BZT-BCT ceramic sintered at 1350?C can achieve the maximum piezoelectric coefficient d33 is 230 pC/N, which is close to the value of a traditional material PZT-8 with lead. At the same time with better dielectric and ferroelectric performance.Piezoelectric composite materials PZT/PVDF and lead-free BZT-BCT/PVDF were prepared and the relationship between the fraction of component and the piezoelectric coefficient of the composites were studied. The results showed that piezoelectric constant d33 increase with increased volume fraction of ceramic. Comparing BZT-BCT/PVDF composite material with PZT/PVDF, it is observed that the piezoelectric coefficient of the two composites is similar when the fraction of ceramic is around 60%, which indicate that piezoelectric ceramic with lead can be substituted by lead-free。 【关键词】压电陶瓷 能量收集 压电复合材料 BZT-BCT BZT-BCT/PVDF 【英文关键词】Piezoelectric ceramics Energy harvesting Piezoelectric composite materials BZT-BCT BZT-BCT/PVDF 【目录】俘能器用压电陶瓷及其复合材料的制备与测试 摘要 4-5 Abstract 5 第1章 前言 9-16 1.1 压电效 应与压电方程 9-12 1.1.1 压电效应及其简史 9-11 1.1.2 压电方程 11-12 1.2 压电材料 12-13 1.3 压电俘能研究背景 13-14 1.4 本论文的选 题依据及结构安排 14-16 第2章 PZT 压电陶瓷的制备与表征 16-26 2.1 引言 16 2.2 实验 16-22 2.2.1 原料 及实验仪器 16-18 2.2.2 球磨 18 2.2.3 PZT 成型工艺 18-20 2.2.4 预烧排塑 20 2.2.5 PZT 烧结工艺 20-21 2.2.6 极化 21-22 2.3 物相分析 22-23 2.4 性能测试 23-25 2.4.1 性能测试方法 23 2.4.2 输出电压和功率与振动频率的关系 23-25 2.5 本章小结 25-26 第3章 PZT/PVDF 复合压 电材料的制备与表征 26-34 3.1 引言 26-30 3.1.1 PVDF 晶型及其压电性 26-29 3.1.2 压电复合材料的连通性 29-30 3.2 PZT/PVDF 的制备 30-33 3.2.1 β 相PVDF 的制备与表征 30-31 3.2.2 0-3 型PZT/PVDF 的制备 31-33 3.3 PZT/PVDF 复合材料的表征 33 3.4 本章小结 33-34 第4章 BZT-BCT 无铅压电陶瓷及其复合材料的制备与表征 34-44 4.1 引言 34-35 4.2 BZT-BCT 的制备 35 4.3 BZT-BCT 的表征 35-41 4.3.1 BZT-BCT 陶瓷的相结构 35-36 4.3.2 BZT-BCT 陶瓷的微观形貌 36-37 4.3.3 压电与铁电性能 37-40 4.3.4 介电性能 40-41 4.4 BZT-BCT/PVDF 的制备及其性能测试 41-43 4.4.1 BZT-BCT/PVDF 复合压电材料的制备 41-42 4.4.2 BZT-BCT/PVDF 复合材料的性能测试 42-43 4.5 本章小结 43-44 第5章 结论及展望 44-46 5.1 结论 44-45 5.2 展望 45-46 参考文献 46-50 致谢 50-51 个人简历 51-52 攻读学位期间发表的学术论文 52 【采买全文】 1.3.9.9.38.8.4.8 1.3.8.1.13.7.2.1 同时提供论文写作一对一辅导和论文发表服务.保过包发 【说明】本文仅为中国学术文献总库合作提供,无涉版权。作者如有异议请与总库或学校联系。
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