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      不怕“热”的钪酸铋钛酸铅改性压电陶瓷

      日期:2017/02/11  点击:1786 次

      内容摘要

      近年来,热能、风能、电磁能以及振动能量等回收的能源材料发展十分迅速。北京大学工学院课题近日组研制了一种具有高居里点的钪酸铋-钛酸铅基改性压电陶瓷,这种压电陶瓷材料的电畴活性能够在高温下被强化。

      目前已报道的能源材料大多只能在室温附近环境下工作。例如,传统的悬臂梁式PZT压电振动能量回收技术因其相对较低的居里温度,以及采用环氧树脂粘合剂的复合结构,严重制约了它在高温环境中的振动能量回收的应用。但是随着无线传感器网络的发展,在高温环境中传感器能量自供给问题显得十分迫切,比如发动机、内燃机、核能等重要部位的自检测、传感与通讯。因此,发展高温压电材料以及可在高温环境中实现自供电就是能源材料领域一个急需解决的科学和技术问题。

      最近,工学院材料科学与工程系董蜀湘课题组研制出可在高温环境下基于压电原理的振动能量回收器件,该成果发表于材料领域权威刊物《先进功能材料》(Advanced Functional Materials,IF=11.382),题目为“High-Temperature BiScO3-PbTiO3 Piezoelectric Vibration Energy Harvester”。

       

      董蜀湘课题组研制了一种具有高居里点的钪酸铋-钛酸铅(BiScO3-PbTiO3)基改性压电陶瓷,居里温度高达450℃。而传统的PZT压电陶瓷,其居里温度仅为200-350℃。新的压电陶瓷材料提高了器件在高温环境下的稳定性;在此基础上,设计了一种新型的能量回收器件,旨在应于高温环境中的振动能量回收??翁庾樵谑笛橹惺状畏⑾郑涸诟ǖ耐饨缯穸だ?,这种新型的能量回收器件在高温下(150-200℃)产生的功率输出竟然比在室温下高出一倍。研究进一步揭示这种压电陶瓷材料在高温下其电畴活性被强化,因而增强了它的压电性能。目前在1个重力加速度激励下,这种能量回收器可以产生数十微瓦的功率输出。但通过材料和器件结构改进,今后有望实现毫瓦量级的功率输出??翁庾槭笛榻峁砻鞲媚芰炕厥掌饔星绷ττ糜诟呶禄肪持械乃俣?、加速度传感,以及无线传感系统的能量自供给。

       

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