【摘要】：柔性納米發(fā)電機通過壓電效應(yīng)收集環(huán)境中的機械能量并轉(zhuǎn)化為電能,可用于驅(qū)動微納型器件,實現(xiàn)器件自驅(qū)動化,對能源、電子行業(yè)都具有很大的吸引力。弛豫鐵電體(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3(PMN-PT)具有優(yōu)異壓電性能,是用來制備柔性納米發(fā)電機的理想材料。本文采用低成本、低消耗、低污染的水熱反應(yīng)法制備了PMN-PT納米線,通過流延法將PMN-PT納米線與高分子材料聚偏氟乙烯(PVDF)復(fù)合,制備出了復(fù)合柔性納米發(fā)電機。研究了水熱反應(yīng)過程中聚丙烯酸(PAA)濃度、水熱反應(yīng)溫度及水熱反應(yīng)時間對產(chǎn)物形貌與微觀結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。采用X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡和X射線光電子能譜對PMN-PT納米線的微觀結(jié)構(gòu)進行了表征;采用原子力顯微鏡對單根納米線的壓電性能進行了表征;使用標(biāo)準(zhǔn)鐵電測試儀測量了單根納米線的鐵電性能;采用電子萬能試驗機檢測了PVDF/PMN-PT復(fù)合薄膜的力學(xué)性能;采用Aglient 4155C檢測了PVDF/PMN-PT納米發(fā)電機的能量輸出。研究表明,PAA濃度、水熱反應(yīng)溫度和水熱反應(yīng)時間對PMN-PT納米線的生長均有顯著影響:PAA的加入會抑制納米線其他方向的生長,使納米線沿著特定取向生長;水熱反應(yīng)溫度對PMN-PT納米線晶核的形成具有決定作用;水熱反應(yīng)時間決定了反應(yīng)進程。水熱法制備PMN-PT納米線的最優(yōu)反應(yīng)參數(shù)為PAA濃度0.82 g/L,水熱反應(yīng)溫度235 oC,反應(yīng)時間27 h。在此反應(yīng)條件下,可以獲得長度均勻、分散性良好的PMN-PT納米線。這種PMN-PT納米線物相均一、性能良好,單根納米線的壓電常數(shù)可以達到423 pm/V左右,矯頑電場為2.78kV/mm,剩余極化強度為17.08μC/cm2,自發(fā)極化強度為31.25μC/cm2,能量密度為18.70 J/cm3。研究結(jié)果還表明,PMN-PT納米線的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對PVDF/PMN-PT復(fù)合柔性納米發(fā)電機的力學(xué)性能與電學(xué)性能有很大影響。當(dāng)PMN-PT納米線質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于20%時,力學(xué)性能較好,輸出電壓可達20 V,輸出電流可達60 nA;隨著PMN-PT納米線的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進一步提高,力學(xué)性能和電學(xué)性能下降,PMN-PT納米線質(zhì)量分?jǐn)?shù)的最優(yōu)值為20%。經(jīng)過整流電路整流后,納米發(fā)電機的直流輸出電壓超過20 V,直流輸出電流可達100 nA以上,并且可以對電容器進行充電。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM31;TB383.1
【圖文】：

1.1 鈣鈦礦 ABO3型 PMN-PT 晶體結(jié)構(gòu)示意圖rystal structure model of the perovskite ABO3typ電特性瓷及其薄膜材料制備技術(shù)及壓電機理是應(yīng)法研究了過量PbO和MgO對PMN-PT利于合成純鈣鈦礦相的0.67PMN-0.33PT了La摻雜對0.75PMN-0.25PT鐵電疇結(jié)構(gòu)大的電疇，產(chǎn)生一定程度的各向異性[24]b1/2)O3-0.47Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.29PbTiO3體MN-0.29PT的使用溫度擴展30-40oC[25 四 相 系 統(tǒng) (0.85-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3，在x=0.33和0.32時，獲得的材料具有

了納米發(fā)電機，其最大輸出電壓可以達到7.8 V，最大輸，其輸出電壓和輸出電流均高于報道的同類材料[19]。研有納米線垂直于兩個電極之間，會具有最優(yōu)的輸出性能。.72PMN-0.28PT納米線中僅僅含有一種相，而根據(jù)理論會存在一個三方-四方的準(zhǔn)同型相界 (MPB)，在這個區(qū)域性出現(xiàn)極端情況，會具有優(yōu)異的介電、壓電性能。.32PT單晶中觀察到了MPB，發(fā)現(xiàn)MPB中有四方相和三方少轉(zhuǎn)變應(yīng)力，是PMN-PT具有優(yōu)異電學(xué)性能的起因[29]。尹可以誘發(fā)0.57PMN-0.25PT中MPB的產(chǎn)生，MPB的出現(xiàn)可以性能的得到極大的提升，壓電常數(shù)達到360 pC/N，性能提道了成分組成在0.3-0.35之間的(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3- xP好的壓電性能[31]。

采用 Aglient 4155C 網(wǎng)絡(luò)矢量分析儀檢測 PVDF/PMN-PT 納米發(fā)電與輸出電流。掃描電子顯微鏡 (SEM)描電子顯微鏡 (SEM) 是 1965 年發(fā)明的微觀形貌研究工具，圖 2原理示意圖，主要是利用二次電子信號來觀察樣品表面形態(tài)，由束以及成像系統(tǒng)所組成。材料表面的形貌起伏會在電子束作用下，攜帶材料表面信息的二次電子會被 SEM 的探測器收集起來，轉(zhuǎn)，通過光電倍增管和放大器轉(zhuǎn)變?yōu)殡妼W(xué)信號，在屏幕上顯示出材料SEM 具有極大的分辨率，可以進行百萬倍的成像。圖 2.1 (b) 是日本電子 JEOL 公司生產(chǎn)的 JSM-7500F 型掃描電子顯微鏡。(a)(b)

【二級參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 胡南,劉雪寧,楊治中;液晶分子超聲模板法制備平行束狀納米ZnO晶須[J];精細(xì)化工;2004年11期

本文編號：2781281