0-3型水泥基压电复合材料有限元分析与优化

用ANSYS有限元软件对纯压电陶瓷(PW)及0-3型水泥基压电复合材料(PCM0)依次进行静力、模态、谐响应及瞬态动力特性力-电耦合场分析,并以PCM0半径(Rc)和厚度(Hc)为变量对进行材料量优化设计。相比PW,PCM0垂直于极化方向的电位移增大10.9%,使压电应变常数增大;响应频率减小,呈稳态响应特性;水泥掺入对PCM0迟滞效应影响可接受。PCM0最优材料用量对应的Rc、Hc分为5.1mm、0.76mm。     

聚合物基复合材料压电特性计算

本文在已有的理论基础上作了进一步引伸,推出了聚合物基复合材料压电特性的计算公式。这个公式对于聚合物不论其有无压电性都适合。本文还以PVDF-PZT复合物为例作了理论计算。     

CNT改性水泥基压电复合材料制备与压电性能

采用Fenton试剂结合超声分散和紫外线照射对CNT进行表面修饰,采用溶胶-凝胶法制备纳米级压电陶瓷(PZT),以CNT作为增强相,结合手动压片与直流极化工艺,制备出CNT改性水泥基压电复合材料。通过红外光谱和分光光度测试,当超声温度60℃、紫外线照射1h时,CNT分散液分散均匀,分散性最好。通过显微测试,CNT和PZT在水泥基压电复合材料中分散均匀,但结构致密度下降。压电常数和相对介电常数分别达到50.6pC/N、412.0,与相同条件下制备的PZT水泥基压电材料相比,分别提高18.5%、4.1%。同时,分散的CNT能发挥宏观量子隧穿效应,使复合材料在几乎不降低材料介电性能情况下更易极化。     

光纤机敏复合材料与结构中的光纤传感器及阵列

介绍了光纤机敏复合材料与结构中常见的光纤局部传感器、光纤分布及准分布式传感阵列的结构与应用。     

0-3型压电复合材料的声学性能研究

以锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷微粉为填料，按一定的体积分数与PVC复合制得压电复合材料，经直流高压油浴处理后，用四传感器驻波管测量复合材料的声学性能。测试结果表明，在声频125-1600Hz的范围内，极化后的吸声性能增加，而隔声量在低频增加，在中高频(500Hz以上)降低。     

串联2-2型复合材料的进一步研究

讨论了串联２－２型压电复合材料的介电损耗ｔａｎδ、介电击穿Ｅｂ等介电特性。通过测试复合材料的谐振频率ｆｒ和反谐振频率ｆａ,计算出了２－２型复合材料的压电常数ｄ３１、ｄｈ、ｇｈ以及优值ｄｈｇｈ,并讨论了它们的变化规律。文章对压电常数作了数学模拟,实验结果表明：在压电陶瓷（ＰＺＴ）体积含量较高时,实验值与计算值比较吻合。     

水泥基压电复合材料的制备及极化工艺研究

采用压制成型法，首次以快硬早强的硫铝酸盐水泥为基体制备了水泥基压电复合材料。详细阐述了水泥基压电复合材料的制备过程；通过实验确定了适宜的极化条件，分析讨论了极化过程中出现漏电流的原因，并提出了一些初步的解决途径。结果表明，对硫铝酸盐水泥基压电复合材料来说，适宜的极化工艺参数：极化电场强度为4kV／mm，极化时间为45min，极化温度应低于130℃。     

光纤传感网络用于机敏复合材料的研究

探索采用一种埋入材料或结构内的结构简单、性能优良的刻纹光纤传感阵列对结构内应变、应力以及外部冲击造成的损伤等状态参数进行实时检测。埋置于教－１１飞机复合材料垂尾内光纤网络的实验显示了该方法的可行性。     

1-3型水泥基压电复合材料在冲击载荷下的电学响应

采用切割-浇注法制备1-3型水泥基压电复合材料,并利用分离式霍普金森压杆测量装置(SHPB),对PZT5压电陶瓷和1-3型水泥基压电复合材料在冲击载荷作用下的力电响应进行实验研究与分析。研究表明:在冲击载荷作用下,PZT5压电陶瓷和1-3型水泥基压电复合材料的电位移与应力具有较好的动态响应;在相同荷载作用下,两者的电位移随应变率的增加而增加,且产生相同应变所对应的应力值也随着应变率的增加而增加,表现出"率相关"的材料特征。     

1-3型压电复合材料及其应用

1-3型压电复合材料是一种新型的结构压电材料,它具有普通压电材料(如单晶、陶瓷或聚合物)无法同时实现的强机电耦合和低声阻抗特性。对1-3型压电复合材料的性能、制作工艺、有关的理论及应用作了简述。     

纳米PZT粉体制备及PZT/水泥基复合材料压电性能

采用溶胶-凝胶法,结合正交试验设计,研究了不同反应条件((CH3COO)2Pb浓度、pH值、反应时间和煅烧温度)对PZT粉体结晶程度和晶粒大小的影响。用压制成型法制备出PZT压电陶瓷和PZT/硫铝酸盐水泥基复合材料。用正交极差与方差法分析了反应条件对PZT粉体物相与粒度及陶瓷片和复合材料的压电与介电性能的影响,得出粉体最佳制备工艺。结果显示:最佳反应条件为(CH3COO)2Pb浓度为15%,pH=5.0,反应时间2h,煅烧温度600℃;煅烧温度对陶瓷片及复合材料的压电与介电性能影响最显著;相应陶瓷片压电常数d33、相对介电常数εr分别为38.5pC/N、1.3;而复合材料的d33、εr分别为4.4pC/N、29.4,数值偏低可能是水泥水化不充分,结构不致密所致。     

2D Layered Dipeptide Crystals for Piezoelectric Applications

2D piezoelectric materials such as transition metal dichalcogenides are attracting significant attention because they offer various benefits over bulk piezoelectrics. In this work, the fabrication of layered biomolecular crystals of diphenylalanine (FF) obtained via a co-assembly of l,l - and d,d - enantiomers of FF monomers is reported. Their crystal structure, thermal and chemical stabilities, and piezoelectric properties are investigated. Single crystal X-ray diffraction results show that FF enantiomers are arranged in the form of bilayers consisting of monomers with alternating chirality packed into a tape-like monoclinic structure belonging to a polar space group P2₁. Each bilayer ( ≈ 1.5 nm thick) demonstrates strong out-of-plane piezoelectricity (d₃₃  ≈  20 pm V⁻¹) that is almost an order of magnitude higher than in the archetypical piezoelectric material quartz. The grown crystals demonstrate better thermal and chemical stabilities than self-assembled hexagonal FF nanotubes studied in the past. Piezoelectric bilayers, being held via weak aromatic interaction in the bulk crystals, can be exfoliated by mechanical or chemical methods, thus resulting in a 2D piezoelectric material, which can find various applications in biocompatible and ecologically friendly electromechanical microdevices, such as sensors, actuators, and energy harvesting elements used in implantable and wearable electronics.     

串联2—2复合材料的介电击穿研究

研究了串联2－2型复合材料的介电击穿特性。串联2－2型压电复合材料结构较为简单，它是研究具有复杂连通性压电复合材料的基础。根据能量守恒定律，推导出串联2－2复合材料中压电陶瓷PZT层上和聚合物PVDF层上的电场强度Ec、Ep。由于压电陶瓷的介电常数εc(≈1600ε0)远远大于聚合物的介电常数εp(≈12εo)，因此Ep远远大于Ec。尽管PVDF的介电强度高于PZT的介电强度，但由于Ep远远大于Ec，所以串联2－2型压电复合材料的介电击穿往往是从聚合物层开始的，最后导致复合材料整体被击穿。对理论计算进行了实验验证，结果表明：在PZT含量较低时，计算值与试验值比较接近，但随着复合材料中PZT含量的提高，二者的偏差越来越大。文章最后定性讨论了在高PZT含量时复合材料的计算值与试验值偏差较大的原因。     

PVDF压电薄膜振动传感器及其信号处理系统

建立了测量振动的ＰＶＤＦ压电薄膜敏感元件的等效模型与传感方程，介绍了测量信号处理系统的结构、功能和用于机敏柔性梁上的实验结果，并给出了与加速度传感器测量结果的比较。     

1-1-3型压电复合材料的水声换能器研究

应用切割灌注法制备了1 1 3型压电复合材料,并对其电学性能进行了测试。1 1 3型压电复合材料通过在压电晶柱间引入2种具有不同杨氏模量的聚合物,提高复合材料整体的机电耦合系数。经测试,其机电耦合系数达0.65。以此材料为基础制备了谐振频率为110 kHz的水声换能器,并研究了匹配层对1 1 3型压电复合材料换能器性能的影响。通过对比发现,当换能器具有匹配层结构时,可产生共振效应,能有效提高换能器的发射电压响应及接收灵敏度。