鈮錳酸鉛-銻錳酸鉛-鋯鈦酸鉛熱釋電陶瓷能量收集器研究.pdf

1、隨著環(huán)境能量收集研究的逐步深入，熱能的利用也受到越來越多的關(guān)注。除了利用溫差發(fā)電的熱電能量收集外，利用溫度變化率的熱釋電能量收集也逐步開展起來。熱釋電材料常用于制作紅外探測器，在能量收集方面的研究不如前者廣泛和深入。但熱釋電能量收集器結(jié)構(gòu)簡單、清潔環(huán)保、安全可靠等優(yōu)點，使之成為當(dāng)前能量收集領(lǐng)域的重要課題。為了提高熱釋電能量收集效率，在熱釋電材料、器件結(jié)構(gòu)、受熱方式等方面亟待進(jìn)行深入研究。本文使用鈮錳酸鉛－銻錳酸鉛－鋯鈦酸鉛(PMnN-P

2、MS-PZT)陶瓷材料制作熱釋電能量收集單元，研究了能量收集器的電學(xué)特性。
　　首先，選用固相法制備了PMnN-PMS-PZT熱釋電陶瓷材料，研究了不同Zr/Ti對材料綜合性能的影響。實驗結(jié)果表明，當(dāng)Zr/Ti為95/5時，其熱釋電系數(shù)在28℃時達(dá)到峰值26.5×10-4 C/m2℃，工作溫區(qū)寬度為25~60℃，與本實驗制備的其他組分陶瓷相比，其介電損耗最小，飽和極化強度和剩余極化強度均最大，是制備熱釋電能量收集器的綜合性能好的陶

3、瓷材料。
　　然后，選取Zr/Ti為95/5組分的PM nN-PMS-PZT陶瓷材料制作了單片、并聯(lián)陣列和疊層三種結(jié)構(gòu)的熱釋電能量收集器，研究了熱釋電能量收集器件電荷收集特性與器件結(jié)構(gòu)的關(guān)系。實驗得出單片、三片并聯(lián)陣列和疊層結(jié)構(gòu)樣品最大面電荷密度分別為7.19×10-6 C/cm2、6.59×10-6 C/cm2和14.25×10-6 C/cm2，其中疊層結(jié)構(gòu)樣品電荷收集特性最好。
　　最后，采用珀爾帖片加熱冷卻的方法，研究

4、了單片 Zr/Ti為95/5組分的PMnN-PMS-PZT陶瓷熱釋電器件樣品的溫度 T(t)、電壓 U(t)、電流I(t)曲線和能量收集特性與溫度變化頻率的關(guān)系。實驗結(jié)果表明，70 mHz為其最優(yōu)溫度變化頻率，此時器件輸出電壓最大值為1.961V，收集能量為1.592μJ，功率密度為3.138μW/cm3，與PZT-5H材料相比，PM nN-PMS-PZT陶瓷熱釋電能量收集器性能更佳。
　　綜上所述，Zr/Ti為95/5組分的PM