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1、利用介電彈性體的逆效應(yīng),可實(shí)現(xiàn)電輸出,為微型電子產(chǎn)品提供能源,是目前能量轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的熱門研究課題。采用楊氏模量極低的硅橡膠(PDMS)為基體,填充高介電常數(shù)的壓電陶瓷以提高其介電性能是本領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文分別以具有大形變能力的有機(jī)物PDMS和具有鐵電性的有機(jī)物PVDF作為基體,通過(guò)改變壓電填充物的狀態(tài),系統(tǒng)研究BaTiO3/CNT復(fù)合有機(jī)柔性材料的組織結(jié)構(gòu)、介電行為與發(fā)電性能。
壓電填充物的合成與改性是改善有機(jī)復(fù)合材料性能的前
2、提。利用水熱方法首先實(shí)現(xiàn)了壓電填充物BaTiO3納米線的合成,XRD和SEM結(jié)果表明合成的BaTiO3納米線純度高,無(wú)雜相,納米線直徑約為20nm。采用CVD技術(shù),在BaTiO3顆粒表面接枝納米碳管,以實(shí)現(xiàn)壓電填充物的改性,Raman光譜和SEM試驗(yàn)結(jié)果表明納米碳管成功接枝到BaTiO3顆粒表面。為了對(duì)比試驗(yàn),本文選用了BaTiO3顆粒、BaTiO3納米線、機(jī)械混合的BaTiO3納米線與納米碳管以及BaTiO3顆粒接枝納米碳管四種填充物
3、。
PDMS基有機(jī)復(fù)合材料發(fā)電性能測(cè)試結(jié)果表明,填充物為BaTiO3顆粒時(shí),輸出電壓隨摻雜量的增加先升高后保持不變,填充量為10wt%時(shí)達(dá)到最大值4.2V;填充物為BaTiO3納米線時(shí),輸出電壓隨填充量的增加先升高后降低,填充量為7.5wt%時(shí)達(dá)到最大值5.7V;填充物為BaTiO3納米線加納米碳管時(shí),輸出電壓隨納米碳管的含量增加先升高后顯著降低,碳管含量為1wt%時(shí)達(dá)到最大值7.3V;填充物為BaTiO3顆粒接枝納米碳管時(shí),
4、輸出電壓隨填充量的增加先升高后降低,填充量為7.5wt%時(shí)達(dá)到最大值15.2V,復(fù)合材料的發(fā)電性能比填充BaTiO3顆粒時(shí)提高了260%;發(fā)電性能的提高主要來(lái)自于復(fù)合材料界面處載荷傳遞和電荷輸出效果的提升。
對(duì)PVDF基有機(jī)復(fù)合材料進(jìn)行了電性能測(cè)試,由于PVDF有機(jī)鐵電基體的形變量小,導(dǎo)致其發(fā)電性能不理想。復(fù)合材料的介電性能測(cè)試表明,填充物為BaTiO3顆粒時(shí),復(fù)合材料介電常數(shù)隨填充量增加而變大,填充量為10wt%時(shí),1kHz
5、頻率下測(cè)得最大值為22,介電損耗隨填充量增加而降低;填充物為BaTiO3納米線時(shí),復(fù)合材料介電常數(shù)隨填充量增加而變大,但最大值僅為16,介電損耗隨填充量增加而升高;填充物為BaTiO3顆粒接枝納米碳管時(shí),復(fù)合材料介電常數(shù)隨填充量增加而變大,填充量為10wt%時(shí),1kHz頻率下測(cè)得最大值為27,比直接填充BaTiO3顆粒時(shí)提高了23%,更重要的是其介電損耗隨填充量增加基本保持不變,在1kHz測(cè)試頻率下穩(wěn)定在0.03左右。壓電和鐵電性能測(cè)試
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