压电陶瓷／聚合的复合材料的制备工艺及其性能研究进展

本文首先介绍了压电材料的种类和基本性能，然后介绍了在不同的应用背景下压电陶瓷／的复合材料的十种连通方式，综述了这类压电材料的制备工艺，较全面地总结了前人对这类压电材料的性能研究工作，展望了这类压电材料的应用前景和发展方向。     

智能材料系统和结构中的压电材料

本文简述了智能和机敏材料的区别。综述了压电材料和含有压电材料作为驱动器，传感器以及压电纤维复合材料等不同智能材料系统和结构的性能及应用特征。展望了这类材料未来的发展。     

无铅压电陶瓷的研究现状

简要介绍了无铅压电陶瓷的研究进展,重点介绍了BaTiO3(BT)基、钛酸铋钠(BNT)基和铋层状无铅压电陶瓷的性能。分析了掺杂改性对BNT基和铋层状无铅压电陶瓷压电性能的影响,详细对比了无铅压电陶瓷的制备方法,为改进工艺提高压电性能提供了理论支持。展望了BT基压电材料在热喷涂领域的应用前景,并分析了亟待解决的问题。     

提高PZT压电性能方法的研究现状

PZT(锆钛酸铅)是应用最广泛的压电陶瓷。介绍了提高PZT压电陶瓷压电性能的方法,重点总结了采用改变锆钛比、进行掺杂改性和调节烧结温度等方法来改变压电性能的研究现状,进而为改进工艺提高压电性能提供理论支持,并展望了将PZT压电材料应用于智能涂层在线监测的前景,分析了亟待解决的问题。     

无铅压电陶瓷薄膜的制备及应用研究

无铅压电陶瓷的制备和应用是过去10年左右国际上研究的热点之一.近年来,由于无铅压电陶瓷薄膜可望在信息、传感、航空、机械、生物、医学等行业获得广泛应用,这类薄膜的制备和应用研究也已引起国际上的关注,并推动着无铅压电陶瓷薄膜材料和制备技术的不断发展.结合作者的研究工作,概括介绍了无铅压电陶瓷薄膜材料的研究进展,包括主要的无铅压电陶瓷薄膜材料;这类薄膜的主要制备方法,特别是射频磁控溅射法、脉冲激光沉积法和溶胶-凝胶法;以及无铅压电陶瓷薄膜材料可能的器件应用.     

超声电机用压电材料的研究进展

压电材料是超声电机的核心,压电材料性能的优劣在很大程度上影响和制约着超声电机的发展.从几个方面对超声电机用压电材料的应用及研究进展进行了评述和探讨.在总结超声电机对压电陶瓷性能的要求以及目前压电陶瓷的使用现状之后,从配方、工艺、质量3方面提出了可能的改进方法,针对超声电机在特殊环境下的服役条件,介绍了弛豫铁电体单晶和高居里温度压电陶瓷等新型压电材料在超声电机上应用的新进展,提出了未来超声电机对压电材料的要求.     

MBi4Ti4O15基无铅压电材料的研究进展

铋层结构的铁电材料以其居里温度高、品质因数高、击穿强度及各向异性大为特征,但其较弱的压电性能限制了实际应用.MBi4Ti4O15基无铅压电材料是研究较为广泛的铋层结构压电材料.主要从离子掺杂及工艺改性对材料压电性能的影响出发,归纳和总结了CaBi4Ti4O15、SrBi4Ti4O15、BaBi4Ti4O15基3种无铅压电陶瓷近年来的研究成果.     

压电材料的制备应用及其研究现状

从压电材料的压电效应入手,介绍了压电材料的分类及结构组成。针对不同压电材料在生产实践中的应用情况,列出现阶段压电材料的制备技术。综述了近年来压电材料的研究现状,并系统介绍了压电材料在各个领域的应用和发展。     

压电纳米发电机材料选用和结构设计研究进展

自2006年压电纳米发电机首次亮相以来,各种压电材料都被应用到这一领域,压电纳米发电机的制备工艺和器件结构不断得到优化.同时,研究者们不断利用新方法来开发新的压电材料,以改善压电纳米发电机的性能.而压电材料性能的制约使研究者开始对器件结构进行构思,从常规的平行板结构到多层结构,再到混合器件,都在进行着不断的探索,并取得丰富成果.本文从压电纳米发电机的结构入手,结合其材料、制备方法、性能、特点等,对近年来相关研究成果进行了概述,评价了不同压电材料和不同结构条件下纳米发电机的输出性能表现,分析了压电纳米发电机今后发展面临的问题和发展前景,以期为研制具有多源能量采集能力的压电纳米发电机提供参考.     

压电材料在传统吸声结构中的应用

压电材料受到外界声压强作用时，可将声能转化为电能，并进一步转化为热能进行消耗，这可以作为一种新的吸声机制。当把压电材料应用到传统吸声结构中时，压电材料特有的吸声机制有利于提高结构的吸声降噪性能。本文总结了国内外压电材料在传统吸声结构中的应用进展。首先，介绍了常用的压电材料和其吸声机制。此外，根据传统多孔吸声结构和共振吸声结构的分类，系统综述了压电-多孔吸声结构(无机压电填料泡沫、有机压电泡沫、有机压电气凝胶等)以及压电-共振吸声结构(压电薄片、压电微穿孔板、压电静电纺薄膜等)的研究进展，并提炼出两种结构的基本设计原则、结构和性能。最后提出了压电复合吸声结构研究领域存在的问题及发展方向，以促进压电材料在传统吸声结构中的应用。     

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。      

0-3 PZT/PVDF 压电复合材料的制备及其性能

采用溶液混合法制备PZT/PVDF压电复合材料。首先用水热法制备出适合溶液混合的PZT陶瓷粉末,并根据陶瓷粉末对PVDF的吸收量,选择乙醇作为PVDF的溶剂进行混合,然后烘干制备PZT/PVDF复合粉末,再成型极化。实验结果表明,这种复合方法提高了PZT陶瓷颗粒在PVDF有机基体中的分散度,使材料内部均匀,结构致密,从而提高了PZT/PVDF压电复合材料的压电和介电性能。      

PZN-PZT压电陶瓷及其PVDF压电复合材料的制备和性能

采用固相烧结法合成了PZN-PZT(铌锌锆钛酸铅)三元系压电陶瓷烧结块材和粉末,并采用XRD、SEM等测试方法对其结构和性能进行了分析。PZN-PZT常压烧结陶瓷具有优良的压电性能,PZN-PZT颗粒粒径在0.5~4 μm之间,颗粒形态不太规整。采用溶液共混法将PZN-PZT粒子均匀分散于PVDF基体中,制备了PZN-PZT/PVDF 0-3型压电复合材料。研究了PZN-PZT质量分数、极化电场等因素对该压电复合材料压电和介电性能的影响。实验结果表明,选用压电活性更高的压电陶瓷粉末进行复合,可有效提高压电复合材料的压电性能。增加PZN-PZT质量分数、提高极化电压均有利于复合材料压电性能的提高。     

O-3型压电陶瓷/聚合物复合材料的制备工艺新进展

0－3型压电陶瓷／聚合物复合材料具有单相压电陶瓷或聚合物所不具备的良好的综合性能,因此引起了人们广泛的兴趣和研究。本文综述了0－3型压电复合材料的制备工艺及相应复合材料的压电性能,重点介绍了水解－聚合法、凝聚－胶体法、溶液聚合法3种新型制备工艺,简要分析各种制备工艺的优缺点,为压电陶瓷／聚合物复合材料（甚至是纳米级压电复合材料）的进一步研究、开发和应用提供依据。     

锆钛酸铅/聚苯胺/聚氨酯三元阻尼复合材料

为减少压电陶瓷/导电填料/聚合物阻尼复合材料中填料的含量,制备了锆钛酸铅(PZT)/聚苯胺/聚氨酯三元复合材料,其中,聚苯胺(PANI)通过原位聚合的方法包覆于压电陶瓷粒子的表面.采用FTIR,TGA,SEM、EDS研究了PANI包覆PZT的组成和形态.用DMA评价了复合材料的阻尼性能.结果表明,通过原位聚合的方法能够制备PANI包覆的PZT粉末;三元复合材料的阻尼性能与PANI的导电率有关,在一定的PANI导电率时达到最大,并且在任意导电率下均高于单一聚氨酯.用PANI包覆的压电陶瓷与聚合物复合,能够提高聚合物的阻尼性能.通过调整PANI的导电率,可以使材料的阻尼性能达到相应振动频率下的最大值.     

PZT/环氧树脂1-3-2型压电复合材料的制备及性能

采用压电陶瓷基板与1-3型压电复合材料串联连接,沿表面两相互垂直的方向切割PZT陶瓷,在切槽间浇注环氧树脂,制备出新型的1-3-2型压电复合材料.实验测试了材料的压电和介电性能,结果表明其d33常数达到400 pC/N,振动位移113.5pm,声速3500m/s,声阻抗17.6Mraly,厚度机电耦合系数0.62,带宽3.6kHz,相对介电常数817,介质损耗0.02.     

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。      

聚偏氟乙烯及其共聚物基压电复合材料的研究进展

聚合物压电材料聚偏氟乙烯(PVDF)及其共聚物P(VDF-TrFE)、P(VDF-HFP)是一类典型的具有压电性的有机高分子材料,它们由于具有良好的力学性能、耐腐蚀性、生物相容性以及易于加工等特点而受到研究人员的广泛关注。但相对于传统无机类压电陶瓷材料来说,聚合物压电材料的压电常数仍相对较低,因此提升这类聚合物压电材料的压电性能已成为目前国内外的研究热点之一。本文对近年来国内外利用PVDF及其共聚物与不同功能材料进行复合来改善其压电性能的方法进行了概述,并对不同类型填料掺杂不同聚合物压电材料的利弊及发展趋势进行了展望。      

0-3型橡胶基压电阻尼复合材料的制备及其性能

本文以通用橡胶为基体材料,以一定体积分数的锆钛酸铅粉体（PZT）为压电相、导电炭黑为导电相制备了0-3型压电阻尼复合材料。经过直流高温油浴极化处理后,获得了在低频下具有较高损耗因子的压电阻尼材料,并研究了其断面形貌、压电应变系数、损耗因子等各项性能。     

1-3型聚合物改性水泥基压电复合材料的制备及其性能

采用切割-浇注法,以聚合物改性硫铝酸盐水泥为基体,铌锂锆钛酸铅(简称P(LN)ZT)为功能体制备了1-3型聚合物改性水泥基压电复合材料。研究了P(LN)ZT陶瓷体积分数对复合材料的压电和介电性能的影响。结果表明：随着P(LN)ZT陶瓷体积分数的增加,压电应变常数d₃₃、相对介电常数εr和声阻抗率Z呈现明显的增大趋势;而压电电压常数g₃₃和介电损耗tanδ则呈现下降趋势。与P(LN)ZT陶瓷相比较,1-3型压电复合材料厚度方向振动增强,机械品质因素明显降低,当P(LN)ZT陶瓷体积分数为30.86%时,其声阻抗率为8.24×106 N·s/m3,接近于混凝土的声阻抗率9.0×106 N·s/m3,适用于制作混凝土超声无损检/监测换能器。