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1-3型压电复合材料的制备与物性的研究压电复合材料是指由压电陶瓷材料和有机聚合物材料按照一定的连通方式组合在一起而构成的功能材料。
由于压电复合材料同时具备聚合物相和压电相的优点而被广泛的研究,其在医学超声探头和水声换能器中都有着重要的应用。
1-3型压电复合材料的连通方式为一维连通的压电陶瓷平行的镶嵌在三维连通的聚合物基体中,其声阻抗远小于压电陶瓷材料。
因而,用复合材料制作的换能器更容易与水和人体组织匹配。
制备1-3型压电复合材料的方法有切割-填充法、脱模法等,其中切割-填充法操作简单、成本低,并且可以根据需要控制复合材料中陶瓷柱的宽度与间隔,因此被广泛的用于复合材料的制备。
本论文利用切割-填充法制备了陶瓷相的体积比不同的1-3型PZT-Epoxy压电复合材料和陶瓷相的体积比为31%的1-3型BCZT-Epoxy压电复合材料,并对其超声物性展开了研究。
主要结果如下:(1)研究了陶瓷相的体积比对1-3型PZT43-Epoxy压电复合材料的压电常数、声阻抗等物性的影响,并探讨了材料的纵横比对复合材料的厚度机电耦合系数kt的影响。
实验制备了陶瓷相的体积比分别为25%、31%和40%的压电复合材料。
研究发现复合材料的声阻抗Z和压电常数d33都随陶瓷相的体积比的增加而增大,实验制备的复合材料的声阻抗的最小值和压电常数的最大值分别为10.2Mrayl、317pC/N。
与PZT43陶瓷材料相比,复合材料的厚度机电耦合系数kt 提高、介电常数εr降低,但是介电损耗tanδ增加、机械品质因子Qm比PZT43陶瓷降低了 2个数量级。
在-50℃-150℃的测试区间内,实验制备的压电复合材料的厚度机电耦合系数kt都具有较好的温度稳定性,并且kt随着复合材料样品的厚度的增加呈现先增加后减少的趋势,在纵横比约为3时kt取得最大值。
陶瓷相的体积比为31%的1-3型PZT43-Epoxy压电复合材料在厚度为1.4mm时的物性分别为:d3= 273pC/N,Z=11 Mrayl,kt=0.66,Q =4.1 εr= 410,ta =0.03。
水泥基压电复合材料的制备及其性能研究刘明凯;任秋荣;李向召【摘要】水泥基压电复合材料可有效解决传统智能材料与混凝土母体结构材料之间的相容性问题,它不但具有感知功能,而且具有驱动功能,其制备工艺简单,造价低,非常适合于土木工程领域中智能材料的发展需要,因此,研究与开发该类压电复合材料对于推动各类土木工程结构向智能化方向发展有着广泛的工程应用意义和学术价值.本文采用压制成型法和切割--填充法分别制备了0-3型和1-3型水泥基压电复合材料,重点研究了其压电性能和介电性能.【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2011(033)011【总页数】4页(P97-100)【关键词】水泥基压电复合材料;压电性能;介电性能【作者】刘明凯;任秋荣;李向召【作者单位】安阳师范学院建筑工程学院,安阳,455000;安阳师范学院建筑工程学院,安阳,455000;安阳师范学院建筑工程学院,安阳,455000【正文语种】中文【中图分类】TP3910 引言水泥基压电智能复合材料是近年来才刚刚发展起来的一种新型的功能复合材料。
在各类建筑向智能化发展的背景下，人们愈加重视水泥基复合材料向智能化方向发展，以使智能建筑更加简洁，可靠和高效。
以目前的科技水平，制备完善的水泥基智能复合材料还相当困难和难以实现，但在开发水泥基机敏复合材料方面己进行了一些研究[1]。
目前，国内外仅见香港科技大学报道过这方面的研究工作，Li Zongjin等以白水泥为基体，采用常规的成型技术于2002年首次制备了0-3型水泥基压电复合材料[2～5]，通过调节复合材料组分的比例，可以使0-3型水泥基压电复合材料与混凝土之间具有良好的相容性。
当压电陶瓷体积分数在40-50%之间时，即可将复合材料的声阻抗特性调节到与混凝土母体结构材料相匹配的状态(达到9.0×106kg/m2·s左右)；在PZT含量相同的情况下，其极化电压远远小于聚合物基0-3压电复合材料的，而压电性能和机电祸合系数却高于后者。
β相PVDF晶体的压电特性：分子模拟研究朱国栋曾志刚张黎严雪健摘要：基于分子模拟的能量最小化方法，相PVDF晶体的压电起源进行了研究。
模拟结果表明恒定的外加电压的作用下，聚偏氟乙烯的晶体将被拉长或压缩，依赖于偶极子的方向和施加电压的极性。
我们的模拟确认聚合物压电将主要归因于立体效果。
从我们的模型计算出的压电系数与实验数据一致，这表明这种模式的可信度。
关键词：聚偏氟乙烯；分子模拟；压电；立体效果1.简介1969年，Kawai [1]发现了聚（偏二氟乙烯）（缩写为PVDF）中的强压电; 在1971年，Bergman[2] 和 Wada [3]发现其热电;不久从直接极化使用标准的索耶- Tower电路测量[4] 中发现了典型的铁电滞回线。
所有在PVDF家庭的这些发现都被视为有机传感器的里程碑[5]。
在发现有机铁电体之前，通常认为压电和铁电是晶体和陶瓷材料的特性，以及相关的机制已深入研究。
然而，聚合物大多是半晶体晶相和非晶相共存，因此，聚合物的铁电和压电特性都不可避免地与无机材料不同。
这些聚合物的研究已经引起了极大的兴趣，因为其潜在地应用于传感器，传感器，执行器和超高密度数据存储。
一个被广泛接受的机制，所谓的立体效果，已对聚合物的压电及热释电特性作出了解释。
而这个机制假定压电和热释电活动产生变形时样品是从宏观的尺寸变化，而组成分子的偶极子的时刻保持不变。
Broadhurst团队[6],Wada和 Hayakawa [7]的理论思考表明，在制定和极化PVDF的压电活动中宏观尺寸变化发挥重要作用。
Furukawa团队[8]曾通过实验测量和理论计算来研究VDF/ TrFE共聚物压电的三维效果的贡献。
在我们以前的工作中[9]，我们介绍了分子模拟方法在聚偏氟乙烯铁电性的研究和解除了被困在聚合物铁电开关过程的费用的影响。
本文通过分子模拟方法，我们试图研究在压电起源相PVDF晶体。
2.建模2.1β相PVDF的结构参数PVDF聚合物有四个阶段：α，β，γ，δ[10]。
1-3型压电复合材料的机电响应特性和温度稳定性
刘盛文;王露;翟迪;袁晰;周科朝;张斗
【期刊名称】《压电与声光》
【年(卷),期】2022(44)4
【摘要】1-3型压电复合材料具备优异的机电耦合性能,这对于高性能压电换能器的开发具有重要意义。
该文采用低成本的切割填充法制备了不同结构参数的1-3型PZT/环氧树脂复合材料,并结合有限元模拟法对其压电性能、机电响应特性和温度稳定性进行了系统地研究。
1-3阵列结构对平面方向应变产生了很大的衰减,使能量更集中于厚度共振模式。
复合材料的高径比是影响机电耦合性能的主要因素,更精细的阵列结构有利于高性能压电换能器的制造。
在-20~60℃内,1-3型压电复合材料的厚度机电耦合系数约为0.61,变化率小于1%,表现出良好的温度稳定性。
【总页数】6页(P507-512)
【作者】刘盛文;王露;翟迪;袁晰;周科朝;张斗
【作者单位】中南大学粉末冶金研究院粉末冶金国家重点实验室;中南大学化学化工学院;中电科技集团重庆声光电有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TM2;TN384;TB34
【相关文献】
1.基于ANSYS的1-3型水泥基压电复合材料力电响应分析
2.1-3型压电复合材料机电耦合特性分析
3.循环荷载下1-3型水泥基压电复合材料的力电响应
4.1-3型
压电复合材料温度稳定性研究5.具有良好温度稳定性的1-3型PZT/epoxy压电复合材料
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pvdf水凝胶压电机理
PVDF（聚偏氟乙烯）是一种高分子材料，具有压电效应，因此可以制成PVDF水凝胶压电材料。
PVDF分子链中的氟原子和自由电子云之间存在特殊的共振结构，使得PVDF具有极性。
当PVDF受到外力作用时，使得分子链中的正负极性转变，从而引起电荷的重新分布。
这种电荷重分布会在PVDF材料的表面产生电位差，导致一个电势的差异。
这个差异就是PVDF的压电效应。
PVDF水凝胶是将PVDF材料制成胶状，添加适当的溶剂制成的水凝胶材料。
水凝胶的特殊结构使得PVDF水凝胶具有更好的压电性能。
当PVDF水凝胶受到外力压缩时，PVDF分子链发生形变，使得极性的分子也发生相应的变化。
这种压力引起的变化会导致PVDF水凝胶表面产生电位差，从而引起电荷分布的改变，产生电荷。
这种电荷的变化会引起PVDF水凝胶的尺寸变化，从而实现压电效应。
PVDF水凝胶压电机理主要有两个方面：一是通过PVDF材料的极性和分子链的变形来实现电荷分布的改变，从而产生压电效应；二是通过PVDF水凝胶的特殊结构和胶状状态实现良好的压电性能。
这些特点使得PVDF水凝胶成为制造压电材料的重要候选材料之一。
pvdf 压电电路
PVDF压电薄膜是一种常用的压电材料，具有3层结构薄膜，在两个表面已经覆了很薄的铝电极。
这种材料具有较高的压电常数、居里点温度高、热稳定性好、耐腐蚀性强等优点。
在应用方面，PVDF压电薄膜主要用于制作传感器和换能器，如压力传感器、加速度传感器、流量传感器等。
在电路设计方面，以PVDF压电薄膜为材料的传感器通常需要将信号从传感器的输出端传输到后续的信号处理电路中。
为了实现这一目标，需要设计相应的电路来连接传感器和信号处理电路。
具体电路设计需要根据实际应用需求和传感器特性进行定制，但通常需要包括信号放大、滤波、调理等环节，以提高信号的信噪比和稳定性。
总之，以PVDF压电薄膜为材料的电路设计需要根据实际应用需求和传感器特性进行定制，以确保电路的性能和稳定性。
pvdf压电纳米发电PVDF压电纳米发电PVDF（聚偏氟乙烯）是一种具有压电性能的高分子材料，能够将机械能转化为电能。
压电效应是指在受到外力作用下，材料会产生电荷分离，从而产生电压和电流。
由于PVDF具有优良的压电性能，因此被广泛应用于纳米发电技术中。
PVDF压电纳米发电技术是一种利用纳米级压电材料进行能量转换的新兴技术。
通过将PVDF纳米材料置于微纳米尺度的机械应变环境中，利用其压电效应将机械能转化为电能。
PVDF压电纳米发电技术具有高效、可靠的特点，并且对环境友好，因此在可再生能源和微型能源装置领域具有广阔的应用前景。
PVDF压电纳米发电技术的基本原理是利用PVDF材料的压电性质。
PVDF材料是一种聚合物材料，具有特殊的晶型结构，能够在受到外力作用下产生电荷分离，从而产生电压和电流。
当PVDF材料受到机械应变时，晶格结构发生变化，导致电荷的重分布，从而产生电势差。
通过引导电势差，可以将机械能转化为电能。
PVDF压电纳米发电技术的关键在于纳米级尺寸的PVDF材料的制备。
由于PVDF材料的压电性质与其晶型结构有关，因此需要通过控制制备过程来获得具有良好压电性能的PVDF纳米材料。
目前，常用的制备方法包括溶液法、熔融法、拉伸法等。
通过选择合适的制备方法和条件，可以得到具有高压电性能的PVDF纳米材料。
PVDF压电纳米发电技术的应用领域非常广泛。
首先，它可以应用于可再生能源领域。
通过将PVDF纳米材料集成到太阳能电池和风能发电装置中，可以将太阳能和风能转化为电能。
其次，PVDF压电纳米发电技术可以应用于微型能源装置领域。
利用其高效能量转换特性，可以实现微型能源装置的自动供电。
此外，PVDF压电纳米发电技术还可以应用于智能穿戴设备、医疗器械等领域，为这些设备提供可靠的电源。
虽然PVDF压电纳米发电技术具有巨大的应用潜力，但目前还存在一些挑战和问题。
首先，PVDF纳米材料的制备方法和工艺还需要进一步优化，以提高其压电性能和稳定性。
第23卷第1期 齐 齐 哈 尔 大 学 学 报 Vol.23,No.1 2007年1月 Journal of Qiqihar University Jan.,2007
0-3型PZT/PVDF压电复合材料压电性能研究
孙洪山，张德庆，王少君，祁磊 (齐齐哈尔大学化学与化学工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006 )
摘要：以PZT和PVDF为原料，采用热压和冷压两种工艺制备了0-3型压电复合材料，其中PZT陶瓷粉末由sol-gel法制得。研究了不同因素对复合材料压电和介电性能的影响。实验结果表明在相同成型压力下，PZT体积含量为70% 时，热压和冷压工艺制备的复合材料33d分别为41和24，相差达到17，而ε相差最大值达到32.4。
关键词：0-3型PZT/PVDF压电复合材料；热压法；冷压法 中图分类号：TB34 文献标识码：A 文章编号：1007-984X(2007)01-0013-04
树脂基压电复合材料是一种多相材料, 由压电陶瓷与树脂基体复合形成的一种新型功能材料[1]。这种材料具有两相材料的优点: 良好的柔顺性、 较高的压电常数和机电耦合系数。压电复合材料的密度和声速远低于压电陶瓷, 故其声阻抗小, 易与空气、水和生物组织实现声阻抗的匹配，满足水声、电声、超声换能器等方面的要求[2～4]。国内外许多材料工作者在0-3型复合材料的制备工艺[5]、 影响性能的因素[6]及理论研究[7]等方面做了许多工作。为提高复合材料的性能，本实验采用sol-gel法合成的超细纳米PZT粉体作为功能相，为解决加工过程中的分散性问题，采用溶液混合法制备出了混合相对均匀的0-3型PZT/PVDF复合材料，并 研究了PZT体积含量、制备工艺对复合材料电性能的影响。
1 实验过程 1.1 实验原料 自制的锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷粉末，相对介电常数ε为1 152，33d为274 pC/N；聚偏二氟乙烯(PVDF)
粉末, 相对介电常数ε为12，33d为1 pC/N。
1.2 仪器 DW-P153-1AC高压直流电源，天津市东文高压电源厂；YY2815精密元件分析仪，天津市无线电六厂；ZJ-3A型准静态测试仪，中国科学院声学研究所。 1.3 复合材料的制备 将制备的PZT粉末与PVDF粉末混合，加入适量乙醇超声震荡，混合均匀。待乙醇烘干, 将混合粉料分为两部分。一部分装入模具中, 在200℃左右热压10 MPa成型, 自然冷却至室温, 然后取出样品；另一部分装入模具, 常温10 MPa成型取出样品，所得样品直径φ=13 mm , 厚度d=0.50～0.80 mm。
1.4 极化及电性能测试 将上述样品表面抛光, 将样品的上下表面镀上免烧银电极。极化电场为10 kV/mm， 极化时间一般选择25 min，极化温度一般为110℃。极化完毕后用YY2815型精密元件分析仪测量样品的电容，测量电压为1V, 测量频率为1kHz， 根据公式ShC
00εε=, 计算出相对介电常数ε；压电应变系数33d采用ZJ-3A型准静态测
量仪测试, 测试频率为50 Hz。
2 结果与讨论
收稿日期：2006-10-18 基金项目：黑龙江省科技计划（GB02A302）资助项目 作者简介：孙洪山（1978-），男，山东省青岛市人，在读硕士研究生，从事功能材料方面的研究，Email：zhdqing@163.com。 ·14· 齐 齐 哈 尔 大 学 学 报 2007年 2.1 PZT粉末的形貌观察 图１为PZT粉体的XRD衍射图。图１表明，PZT已经结晶为纯四方钙钛矿相，适用于制备0-3型PZT/PVDF压电复合材料。 图2为PZT纳米晶体的SEM图。从图２可以看出，PZT纳米晶颗粒比较均匀，分散性好，晶粒尺寸在50～100 nm之间。
102030405060(100)(111)(200)
(201)
(211)
2θ/（°） 图1 PZT粉体的XRD衍射图 图2 PZT纳米晶的形貌和粒度 2.2 制备工艺对介电性和压电性的影响
本实验分别采用热压和冷压工艺制备出PZT体积比为40%，50%，60%，70%，80%和90%的复合材料，极化采用最佳工艺。则不同工艺条件下，PZT体积分数与压电常数33d的关系如图３所示；与介电常数ε的
关系如图４所示。
由图３可以看出: 1）冷压法制备的0-3型复合材料其压电常数随PZT体积含量的增加而增大，PZT体积含量为80%时，其压电常数达到31。2）热压法制备的0-3型复合材料其压电常数33d在PZT体积含量为70%
时达到最大值41，而后开始减少。体积含量增加到80%时，33d降到35。3）对含相同体积分数PZT的复合
材料，热压法制备的复合材料其压电常数明显高于冷压法所制备。由图３可以清楚发现：PZT体积含量均为40%时，冷压与热压工艺所制备复合材料33d分别为７和15，二者相差８；当PZT体积含量增加至70%时，
冷压与热压工艺所制备复合材料的33d分别为24和41，二者相差达到最大值17；而当PZT体积含量继续增加
至80%时，冷压与热压工艺所制备复合材料的33d分别为31和35，二者差距减小到４。
由图４可以看出，介电常数ε的变化关系和压电常数的变化关系基本一致。PZT体积含量均为40%时， 冷压与热压工艺所制备复合材料的ε分别为27和36.2，二者相差9.2；当PZT体积含量增加至70%时，冷压与
30405060708090010203040d33
PZT/%
1
2
1-热压2-冷压
图3 不同制备工艺条件下PZT体积 分数与压电常数33
d的关系
405060708090100203040506070801-热压2-冷压1
2
PZT/％ 图4 不同制备工艺条件下PZT体积 分数与介电常数ε的关系
ε 第1期 0-3型PZT/PVDF压电复合材料压电性能研究 ·15· 热压工艺所制备复合材料的ε分别为50.2和82.6，二者相差达到最大值32.4；而PZT体积含量继续增加至80%时，两种工艺所制备复合材料的ε差距明显减小。 样品的ε和33d随PZT含量的增加而增大, 这是由于作为复合材料功能相的压电陶瓷PZT本身具有很高
的介电常数ε和压电常数33d, 所以PZT对复合材料电性能的贡献占主导地位，故PZT体积含量的增加会使
复合材料的ε和33d增加。对冷压法处理的复合材料，连接相PVDF和功能相PZT只是形成简单的堆积，
PVDF简单的取代PZT的位置，而其电性能远低于PZT，PVDF含量越低，复合材料电性能越高，所以样品的ε和
33d与PZT体积含量成线性关系。对于热压法，200℃、10 MPa的成型条件使得PVDF产生形变，转变成
具较大电性能的β型；另一方面，对于热压工艺制备的复合材料，PVDF得到了压延，黏结效果较好，两相材料复合得很好，材料致密度高，无气孔等缺陷相对较小，所以，对于具有相同体积比PZT的复合材料， 热压工艺处理的复合材料的电性能要优于冷压工艺所处理。 2.3 PZT体积分数对复合材料压电性的影响 图５显示对于一定压力下热压工艺所制备的复合材料，PZT体积分数和复合材料压电常数的关系。从图５中可以看出：PZT体积含量为40%时，33d仅为15，随着PZT体积含量继续增加至70%
时，压电常数达到该工艺下的最大值41，而当PZT体积含量继续增加，复合材料的压电常数反而减小，这是由于高含量区域两相复合困难气孔率等缺陷增大所致。含量低于70%时压电常数随着PZT体积分数的增加而增大，是因为0-3型PZT/PVDF压电复合材料中，PVDF首先起连接相的作用，由于PVDF的压电性很小，所以一般认为，复合材料的压电性主要由PZT提供。当PZT体积含量超过70%时，压电常数又呈现下降变化，分析认为PZT体积含量增加的同时，作为连接相的PVDF含量减少， 使两相复合困难，复合材料中气孔增多，导致复合材料的压电性能降低。 2.4 SEM分析 采用热压和冷压工艺制备出的PZT体积比为60%的0-3型PZT/PVDF压电复合材料，极化均采用最佳工艺，其SEM形貌观察如图６，图７。
图6 冷压工艺制备的PZT/PVDF 图7 热压工艺制备的PZT/PVDF 从SEM照片中发现：1）PVDF包裹着PZT颗粒，热压工艺制备的0-3型PZT/PVDF压电复合材料样品中的颗粒之间的空隙较少，热压工艺所制复合材料中的颗粒之间的结合也最紧密，形成的复合颗粒也较小，这 也从一个侧面解释了为什么热压工艺制备的0-3型PZT/PVDF压电复合材料的性能要优于冷压工艺；2）从 图６可以看出冷压工艺制备的复合材料，并没有使PVDF得到压延，PVDF仍然以颗粒的形状存在于PZT间隙，从图７发现PVDF在某些方向上形成了一定的取向，得到比较充分的压延，以颗粒形状存在的PVDF比
405060708015202530354045d33PZT/% 图5 PZT体积分数与压电常数的关系
