PMN-PT纳米线的水热合成研究与柔性纳米发电机的制备
发布时间：2020-08-05 08:21
【摘要】：柔性纳米发电机通过压电效应收集环境中的机械能量并转化为电能,可用于驱动微纳型器件,实现器件自驱动化,对能源、电子行业都具有很大的吸引力。弛豫铁电体(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3(PMN-PT)具有优异压电性能,是用来制备柔性纳米发电机的理想材料。本文采用低成本、低消耗、低污染的水热反应法制备了PMN-PT纳米线,通过流延法将PMN-PT纳米线与高分子材料聚偏氟乙烯(PVDF)复合,制备出了复合柔性纳米发电机。研究了水热反应过程中聚丙烯酸(PAA)浓度、水热反应温度及水热反应时间对产物形貌与微观结构的影响规律。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线光电子能谱对PMN-PT纳米线的微观结构进行了表征;采用原子力显微镜对单根纳米线的压电性能进行了表征;使用标准铁电测试仪测量了单根纳米线的铁电性能;采用电子万能试验机检测了PVDF/PMN-PT复合薄膜的力学性能;采用Aglient 4155C检测了PVDF/PMN-PT纳米发电机的能量输出。研究表明,PAA浓度、水热反应温度和水热反应时间对PMN-PT纳米线的生长均有显著影响:PAA的加入会抑制纳米线其他方向的生长,使纳米线沿着特定取向生长;水热反应温度对PMN-PT纳米线晶核的形成具有决定作用;水热反应时间决定了反应进程。水热法制备PMN-PT纳米线的最优反应参数为PAA浓度0.82 g/L,水热反应温度235 oC,反应时间27 h。在此反应条件下,可以获得长度均匀、分散性良好的PMN-PT纳米线。这种PMN-PT纳米线物相均一、性能良好,单根纳米线的压电常数可以达到423 pm/V左右,矫顽电场为2.78kV/mm,剩余极化强度为17.08μC/cm2,自发极化强度为31.25μC/cm2,能量密度为18.70 J/cm3。研究结果还表明,PMN-PT纳米线的质量分数对PVDF/PMN-PT复合柔性纳米发电机的力学性能与电学性能有很大影响。当PMN-PT纳米线质量分数低于20%时,力学性能较好,输出电压可达20 V,输出电流可达60 nA;随着PMN-PT纳米线的质量分数进一步提高,力学性能和电学性能下降,PMN-PT纳米线质量分数的最优值为20%。经过整流电路整流后,纳米发电机的直流输出电压超过20 V,直流输出电流可达100 nA以上,并且可以对电容器进行充电。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM31;TB383.1
【图文】：
1.1 钙钛矿 ABO3型 PMN-PT 晶体结构示意图rystal structure model of the perovskite ABO3typ电特性瓷及其薄膜材料制备技术及压电机理是应法研究了过量PbO和MgO对PMN-PT利于合成纯钙钛矿相的0.67PMN-0.33PT了La掺杂对0.75PMN-0.25PT铁电畴结构大的电畴，产生一定程度的各向异性[24]b1/2)O3-0.47Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.29PbTiO3体MN-0.29PT的使用温度扩展30-40oC[25 四 相 系 统 (0.85-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3，在x=0.33和0.32时，获得的材料具有
了纳米发电机，其最大输出电压可以达到7.8 V，最大输，其输出电压和输出电流均高于报道的同类材料[19]。研有纳米线垂直于两个电极之间，会具有最优的输出性能。.72PMN-0.28PT纳米线中仅仅含有一种相，而根据理论会存在一个三方-四方的准同型相界 (MPB)，在这个区域性出现极端情况，会具有优异的介电、压电性能。.32PT单晶中观察到了MPB，发现MPB中有四方相和三方少转变应力，是PMN-PT具有优异电学性能的起因[29]。尹可以诱发0.57PMN-0.25PT中MPB的产生，MPB的出现可以性能的得到极大的提升，压电常数达到360 pC/N，性能提道了成分组成在0.3-0.35之间的(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3- xP好的压电性能[31]。
采用 Aglient 4155C 网络矢量分析仪检测 PVDF/PMN-PT 纳米发电与输出电流。扫描电子显微镜 (SEM)描电子显微镜 (SEM) 是 1965 年发明的微观形貌研究工具，图 2原理示意图，主要是利用二次电子信号来观察样品表面形态，由束以及成像系统所组成。材料表面的形貌起伏会在电子束作用下，携带材料表面信息的二次电子会被 SEM 的探测器收集起来，转，通过光电倍增管和放大器转变为电学信号，在屏幕上显示出材料SEM 具有极大的分辨率，可以进行百万倍的成像。图 2.1 (b) 是日本电子 JEOL 公司生产的 JSM-7500F 型扫描电子显微镜。(a)(b)
本文编号：2781281
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM31;TB383.1
【图文】：
1.1 钙钛矿 ABO3型 PMN-PT 晶体结构示意图rystal structure model of the perovskite ABO3typ电特性瓷及其薄膜材料制备技术及压电机理是应法研究了过量PbO和MgO对PMN-PT利于合成纯钙钛矿相的0.67PMN-0.33PT了La掺杂对0.75PMN-0.25PT铁电畴结构大的电畴，产生一定程度的各向异性[24]b1/2)O3-0.47Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.29PbTiO3体MN-0.29PT的使用温度扩展30-40oC[25 四 相 系 统 (0.85-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3，在x=0.33和0.32时，获得的材料具有
了纳米发电机，其最大输出电压可以达到7.8 V，最大输，其输出电压和输出电流均高于报道的同类材料[19]。研有纳米线垂直于两个电极之间，会具有最优的输出性能。.72PMN-0.28PT纳米线中仅仅含有一种相，而根据理论会存在一个三方-四方的准同型相界 (MPB)，在这个区域性出现极端情况，会具有优异的介电、压电性能。.32PT单晶中观察到了MPB，发现MPB中有四方相和三方少转变应力，是PMN-PT具有优异电学性能的起因[29]。尹可以诱发0.57PMN-0.25PT中MPB的产生，MPB的出现可以性能的得到极大的提升，压电常数达到360 pC/N，性能提道了成分组成在0.3-0.35之间的(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3- xP好的压电性能[31]。
采用 Aglient 4155C 网络矢量分析仪检测 PVDF/PMN-PT 纳米发电与输出电流。扫描电子显微镜 (SEM)描电子显微镜 (SEM) 是 1965 年发明的微观形貌研究工具，图 2原理示意图，主要是利用二次电子信号来观察样品表面形态，由束以及成像系统所组成。材料表面的形貌起伏会在电子束作用下，携带材料表面信息的二次电子会被 SEM 的探测器收集起来，转，通过光电倍增管和放大器转变为电学信号，在屏幕上显示出材料SEM 具有极大的分辨率，可以进行百万倍的成像。图 2.1 (b) 是日本电子 JEOL 公司生产的 JSM-7500F 型扫描电子显微镜。(a)(b)
【二级参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 胡南,刘雪宁,杨治中;液晶分子超声模板法制备平行束状纳米ZnO晶须[J];精细化工;2004年11期
本文编号：2781281
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