PZT陶瓷/橡胶复合材料的压电性能

用PZT压电陶瓷粉末分散在无压电性的橡胶基体中制成压电复合材料。通过压电常数和介电常数测定、扫描电镜、介电谱等手段研究了有关因素对复合材料压电性能的影响。结果表明,复合材料的压电常数d₃₃随PZT体积含量φ和橡胶介电常数ε₁的增加而增大,随PZT介电常数ε₂的增加而减小,符合理论式 d₃₃=15φε₁d₃₃/(1-φ)(2+3φ)ε₂ 橡胶基体的极性基团、极性链节和交联健偶极的转向极化及分子链的柔性对复合材料的极化和压电常数有重要影响。橡胶的极性越大及分子链的柔性越高,则复合材料的压电常数d₃₃越高。      

0-3型压电陶瓷/硫铝酸盐水泥复合材料的介电频率特性和铁电特性

以硫铝酸盐水泥为基体, 铌锂锆钛酸铅[ 0. 08Pb (Li_1/4 Nb_3/4 ) O₃ ·0. 47PbTiO₃ ·0. 45PbZrO₃ ] (简称PLN)压电陶瓷颗粒为功能体制备了0-3 型水泥基压电复合材料。利用X 射线衍射(XRD) 和扫描电子显微镜(SEM) 对水泥基压电复合材料的相组成和显微结构进行了分析和观察, 重点研究了水泥基压电复合材料的介电频率特性和铁电特性。结果表明, 压电陶瓷颗粒与硫铝酸盐水泥的水化产物结合良好; 随着PLN 含量的增加, 复合材料的介电常数ε_r 、剩余极化强度Pr和矫顽电场强度Ec均增大; 在40～100 kHz 频率范围内, 水泥基压电复合材料的介电常数ε_r均随频率的增大而迅速降低, 这主要受复合材料中的界面极化所影响, 高频时, 介电常数变化较小, 表现出良好的高频介电稳定性; 复合材料的电滞回线发生畸变的原因主要是PLN 压电陶瓷破碎成颗粒后, 本身存在许多缺陷, 且与水泥复合后存在许多界面气孔。      

陶瓷/聚合物复合材料的电性能及应用

介绍了多种陶瓷/聚合物复合材料在压电、介电、热释电等方面的电学性能及它们的开发应用概况, 并对一种崭新的陶瓷/聚合物复合材料——n 型SrTiO₃半导体陶瓷/p 型半导体聚苯胺,复合形成p-n 异质结的方法过程、电学性能及潜在应用进行了评述。      

1-3型水泥基压电复合材料的制备及性能

采用切割-浇注法, 以硫铝酸盐水泥为基体, 制备了1-3型水泥基压电复合材料。详细阐述了1-3型水泥基压电复合材料的制备过程; 研究了0.375Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.375PbTiO₃-0.25PbZrO₃压电陶瓷柱的宽厚比w/t对1-3型水泥基压电复合材料的压电性能、 介电性能和声阻抗的影响。结果表明: 压电陶瓷柱的宽厚比w/t对1-3型水泥基压电复合材料性能有很大影响, 随着w/t的增加, 其压电应变常数d₃₃、 机电耦合系数K_p与K_t、 机械品质因数Q_m、 介电常数ε_r和介电损耗tanδ均随着w/t的增加而减小, 而压电电压常数g₃₃值几乎不受w/t的影响。在压电陶瓷体积分数仅为22.72%的条件下, 调节压电陶瓷柱的宽厚比w/t至0.130, 可使复合材料的声阻抗与混凝土的声阻抗十分接近, 从而有效地解决了智能材料在土木工程中的声阻抗相容性问题。      

0-3型压电陶瓷-硫铝酸盐水泥复合材料的压电性能

采用压制成型法,以快硬硫铝酸盐水泥为基体制备了水泥基压电复合材料。分析讨论了极化工艺条件和PZT含量对水泥基压电复合材料压电性的影响。结果表明,较高的极化电场强度和较长的极化时间均有利于压电性能的提高,但当极化电场强度和极化时间达到4.0 kV/mm和45 min后,压电应变常数d₃₃趋于稳定; 随着PZT含量的增加,硫铝酸盐水泥基压电复合材料的压电应变常数d₃₃、压电电压常数g₃₃和机电耦合系数K_P、K_t均显著增大。当PZT质量分数达到85%时,K_P和K_t可达28.54%和28.19%。      

核壳结构SiCNWs@SiO2/PVDF复合材料的制备与介电储能特性

为了加速新能源电子器件向微型化和集成化的方向发展，提高电子器件内部介电复合材料的性能至为重要，介电复合材料的介电性能和储能性能直接影响电子器件的质量，如何提高介电复合材料的介电性能和储能性能等引起了研究者们的广泛关注。以聚偏氟乙烯(PVDF)为基体，碳化硅纳米线(SiCNWs)和核壳结构碳化硅纳米线@二氧化硅(SiCNWs@SiO₂)为填料，通过溶液共混相转换法及热压工艺制备出一系列的SiCNWs/PVDF二元复合材料和SiCNWs@SiO₂/PVDF复合材料。探究介电纳米填料的表面修饰对PVDF基复合材料的微观结构、宏观介电性能和储能性能等的影响。实验结果表明，硅烷偶联剂KH550成功改性SiCNWs；通过一步法热氧化工艺成功制备出具有典型核壳结构的SiCNWs@SiO₂纳米线，SiO₂壳层的厚度随着SiCNWs热氧化时间的延长而增大，当SiCNWs热氧化时间为10 h,SiO₂壳层的厚度为6.5 nm；采用相转换法和热压处理成功制备一系列的SiCNWs/PVDF二元复合材料...     

0-3型陶瓷/聚合物压电复合材料的压电性能研究

采用溶液共混法和热压法分别制备了PZN-PZT/PI、PZN-PZT/PVDF 0-3型压电复合材料,所得材料具有较高的压电常数和良好的可柔性加工性能。并研究分析了无机压电陶瓷种类、含量,压电聚合物类型、制备工艺与极化参数对压电系数d₃₃的影响,在一定程度上提供了提高0-3型聚合物/陶瓷压电复合材料的压电性能的途径。      

三元陶瓷Pb(In1/2Nb1/2)O3-Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-PbTiO3准同型相界附近组分的介电、铁电和压电性能

铅基复合钙钛矿铁电材料广泛应用于机电传感器、致动器和换能器。二元铁电固溶体Pb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃- PbTiO₃(PNN-PT)由于其在准同型相界(MPB)区域具有优异的压电、介电性能而备受关注。然而较大的介电损耗和较低的居里温度限制了其在高温高功率器件方面的应用。本研究通过引入Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃ (PIN)作为第三组元改善PNN-PT的电学性能, 提高其居里温度; 通过两步法合成了MPB区域的三元铁电陶瓷Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃- Pb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃ (PIN-PNN-PT), 研究了其结构、介电、铁电和压电性能。制备的所有组分陶瓷具有纯的钙钛矿结构。随着PT含量的增加, 陶瓷结构从三方相转变为四方相。通过XRD分析得到了室温下PIN-PNN-PT体系的MPB相图。体系的居里温度由于PIN的加入得到了很大的提高, 更重要的是PIN的引入降低了PNN-PT体系的介电损耗和电导。MPB处的组分展现出了优异的电学性能, 室温下, 性能最优组分为0.30PIN-0.33PNN-0.37PT: d₃₃=417 pC/N, T_C=200 ℃, ε′= 3206, tanδ=0.033, P_r=33.5 μC/cm², E_C=14.1 kV/cm。引入PNN-PT的PIN第三组元使得体系的居里温度和压电性得到提高的同时降低了的介电损耗和电导率, 因此, PIN-PNN-PT三元铁电陶瓷在高温高功率换能器等方面具备一定的应用潜力。     

蒙脱土-SiO2/低密度聚乙烯复合材料结晶行为及电树枝化特性

为了进一步改善低密度聚乙烯（LDPE）的耐电树枝化性能,以有机化蒙脱土（MMT）和表面改性的SiO₂为纳米填料,采用熔融共混法制备了MMT-SiO₂/LDPE多元复合材料。利用FTIR表征了纳米填料与LDPE基体间分子链相互作用。研究了纳米MMT和SiO₂对LDPE结晶行为、结晶形态及耐电树枝化性能的影响。结果表明：纳米MMT和SiO₂均通过改性剂长链与LDPE基体分子链以物理纠缠的形式混合在LDPE中。纳米SiO₂异相成核形成小的晶体结构,与分散在无定形区的纳米MMT均对电树枝的发展具有阻挡作用,二者相互协同使MMT-SiO₂/LDPE多元复合物材料中电树枝的发展路径更加曲折,因此MMT-SiO₂/LDPE多元复合物材料耐电树枝性能优于MMT/LDPE和SiO₂/LDPE复合材料。     

用于高介电复合材料的全包裹Ag@TiO2填充颗粒的制备

高介电复合材料是近年来受到广泛关注的一种材料, 可用于嵌入式电容器及储能器件。本研究使用钛醇盐水解法在室温下制备全包裹Ag@TiO₂颗粒, 对该颗粒填充的复合材料进行漏电流、介电和储能性能表征, 并对其介电机理进行探讨。扫描电子显微镜和能谱结果显示Ag@TiO₂颗粒具有球形的全包裹核壳结构, 壳层厚度大约为400 nm。X射线衍射结果验证了Ag@TiO₂颗粒具有完整的物相。Ag@TiO₂填充的聚二甲基硅氧烷复合材料表现出小的漏电流(10 ^-8A/cm ²)、较大的介电系数(108)、低的介电损耗(0.2%)和较大的储能密度(8.58×10 ^-3J/cm ³)。有效场和Maxwell相结合的理论模型与实验数据对比验证, 推测界面极化作用提高了复合材料的等效介电系数。该颗粒填充的复合材料在嵌入式电容器方面具有潜在的应用价值。     

0-3 型压电陶瓷/ 硫铝酸盐水泥复合材料的介电性及压电性

以硫铝酸盐水泥为基体, 铌镁锆钛酸铅(PMN) 陶瓷颗粒为功能体制备了水泥基压电复合材料。重点讨论了复合材料的介电性能和压电性能。结果表明: 水泥基压电复合材料的介电温谱在- 30 ℃～150 ℃范围内较平坦, 表现出优良的介电温度稳定性, 而介电损耗随着温度的升高而增加; 水泥基压电复合材料的压电应变常数和介电常数均随着PMN 含量的增加而增大。      

聚苯胺改性0-3 型PZT/ 聚氨酯复合材料的极化与电性能

以聚苯胺( PANI) 原位聚合改性聚氨酯( PU) 树脂为基体, 锆钛酸铅( PZT) 陶瓷为功能相, 制备了0-3 型压电复合材料, 研究了复合材料极化和电性能。结果表明: 适量PANI 能够有效地提高0-3 型复合材料的极化和压电性能。随着PANI 含量增加, 复合材料的压电系数d33和机电耦合系数kp 迅速增大。当PANI 体积分数为4 %时, 复合材料的d33 = 34 pC/ N , kp = 0.25 , 均达到最大值。复合材料的介电常数和介电损耗随PANI含量的增加而上升。      

压电复合材料的电弹耦合特性分析

利用Eshelby 理论及Mori-Tanaka 平均场原理, 推导出压电陶瓷/ 聚合物两相复合材料的有效电弹模量表达式。该表达式能反映两相材料复合的物理本质。并以椭圆柱形压电纤维增强的聚合物基复合材料为例,分析压电复合材料的电弹耦合特性。结果表明: 复合材料的平均电弹模量在很大程度上取决于电弹耦合效应;该效应与组成相的空间连接型、体积占有率及压电夹杂形状有关; 耦合效应的存在是由各组成相材料性能差异引起的。      

Fabrication of lead-free piezoelectric (Na(0.5)K(0.5))NbO(3) ceramics by a modified solid-state reaction method

Sodium potassium niobate, (Na(0.5)K(0.5))NbO(3), fine powder has been successfully synthesized at the low temperature of 550 degrees C through a modified solid-state reaction method, in which urea [CO(NH(2))(2)] plays an important role. High-density (Na(0.5)K(0.5))NbO(3) ceramics could be obtained by conventional sintering of the synthesized (Na(0.5)K(0.5))NbO(3) fine powder with the addition of 0.03 mol% Co(3)O(4) as a sintering additive. The crystal structure, microstructure, and dielectric and piezoelectric properties were characterized. The (Na(0.5)K(0.5))NbO(3) ceramic showed a comparatively saturated P-E hysteresis loop. The (Na(0.5)K(0.5))NbO(3) ceramic also displayed piezoelectricity with a piezoelectric constant d(33) of 126 pC/N and a planar electromechanical coupling factor k(p) of 33%.     

Domain size engineering in tetragonal Pb(In(1∕2)Nb(1∕2))O(3)-Pb(Mg(1∕3)Nb(2∕3))O(3)-PbTiO(3) crystals

The effect of domain size on the dielectric and piezoelectric properties of [111]-oriented tetragonal Pb(In(1∕2)Nb(1∕2))O(3)-Pb(Mg(1∕3)Nb(2∕3))O(3)-PbTiO(3) crystals was investigated. The dielectric permittivity (?(33?) (T)∕?(0)) and piezoelectric coefficient (d(33)) were found to be on the order of 13 800 and 1630 pC∕N, respectively, for samples with domain size of ～500?nm, a 3-fold increase to crystals with domain size of ～50?μm. Rayleigh analysis revealed that the extrinsic contribution to the piezoelectric response increased from ～8% to 30% with decreasing domain size, due to the increased domain wall density and associated irreversible domain wall motion. The enhanced properties were thought to relate to the fine domain structures, however, showing a poor electric field and temperature stabilities with domain size of 500?nm. Of particular significance is that samples with domain size being on the order of 5?μm exhibit field and temperature stabilities, with yet high piezoelectric properties, make it potential for transducer applications.     

023型铌镁锆钛酸铅/环氧树脂复合材料的介电和阻尼性能

采用树脂浇注成型法制备了 023型铌镁锆钛酸铅(PMN) /环氧树脂( EP)复合材料 , 并用差示扫描量热仪(DSC)研究了 PMN对环氧树脂固化性能的影响。介电性能研究表明 , 随着 PMN质量分数的增加 , 介电常数和5介电损耗都呈非线性增大 ; 在小于 10 Hz频率范围内 , 介电常数随频率增大迅速降低 , 这主要是受复合材料界面极化影响 , 频率较高时 , 介电常数变化较小 , 表现出较好的频率稳定性 ; 在测试频率范围内 , 介电损耗随频率的升高略有降低 , 但变化幅度很小。动态热机械分析(DMA)表明 , 复合材料的储能模量随 PMN 含量的增加而增大 , 损耗模量和阻尼损耗因子的峰值及阻尼温域受 PMN含量的影响较大 , 当 PMN 含量为 87. 24 wt %时在 90℃附近观察到新的阻尼损耗因子峰出现 , 且该峰对应的温度不随频率的改变而移动 , 该阻尼损耗因子峰可能为复合材料的介电损耗耗能所致。     

剪切型压电层合圆柱壳的精确解

对剪切型压电层合圆柱壳在电场和机械力作用下的应力场、位移场和电势分布进行了分析。在每层的局部坐标系下对该层的应力场、位移场和电势进行傅立叶展开, 然后采用状态空间方法得到变系数的8 维一阶常微分方程组, 采用Frobenius 方法得到应力场、位移场和电势的解。数值算例显示了电场和机械力作用下, 壳体厚度对应力场和位移场分布的不同影响。得到的3 维精确解为其他剪切型压电弹性层合壳的壳体理论提供理论依据和验证。      

Bound theorem and implementation of dual finite elements for fracture assessment of piezoelectric materials

Owing to the complexity of piezoelectric crack problems, derivation of closed-form solutions is virtually impossible and numerical solutions are largely resorted to. Hence, the upper and lower bound estimation for piezoelectric fracture parameters are of theoretical and practical values. An alternative assessment approach for electromechanical coupling cracked system is suggested in the paper. The dual path-independent integrals and the related bound theorems are presented. Consequently, the dual piezoelectric finite elements are formulated and implemented in bound analysis.     

新型压电双晶片式惯性旋转驱动机构设计

提出了一种通过机械方式控制压电驱动机构和接触面间摩擦力矩的有序变化,形成以压电双晶片振子为驱动元件的新型压电惯性旋转驱动机构的研究方案．研究了该机构的运动机理,指出通过改变机构向不同方向运动时和支撑面之间的摩擦系数值,可以实现压电驱动机构的定向运动．对机构惯性冲击力矩的产生、摩擦阻力矩的改变形式进行了分析．设计了压电惯性旋转驱动机构,制作了试验样机,并对相关性能进行了测试试验结果证明该机构可以实现预期的运动.