- 标题
- 摘要
- 关键词
- 实验方案
- 产品
-
高性能PZT基可拉伸压电纳米发电机
摘要： 可拉伸压电纳米发电机（SPNG）是柔性电子器件供能的理想选择。压电复合材料是目前实现压电纳米发电机可拉伸性的最有效策略，但由于压电相比例较低，其输出性能往往不尽如人意。本研究展示了一种高性能的Pb(Zr0.52Ti0.48)O3（PZT）基可拉伸压电纳米发电机（HSPG）。该HSPG展现出卓越的输出性能，功率密度达到约81.25μW/cm3，比已有报道结果高出数十倍。我们采用混合技术（而非传统搅拌工艺）将PZT颗粒掺入固态硅橡胶中，从而显著改善了填料在基体中的分布均匀性，使填料组成比例得以提高。该复合材料的PZT比例可提升至92wt%，同时保持30%的满意拉伸性。基于优异的电学和力学性能，该HSPG可通过多种变形模式附着于人体以收集生物动能，所获能量既可用于驱动商用电子设备，也可存储至电容器中。因此，本HSPG在柔性电子器件供电领域具有重要应用潜力。
关键词： 能量收集，PZT，压电复合材料，可拉伸纳米发电机
更新于2025-11-21 11:18:25
-
原位制备的掺铌Pb(Zr,Ti)O3薄膜悬臂梁内场依赖低频压电能量收集特性
摘要： 基于压电薄膜的悬臂梁结构因具有简化加工步骤且能实现更高能量收集性能而受到研究关注。本研究展示了一种无需退火和极化的掺铌锆钛酸铅（PZT）厚膜原位沉积工艺，验证了该薄膜作为低频振动源专用能量收集器的可行性。通过电容-电场曲线的显著偏移证实了薄膜在沉积过程中形成了原位电畴，表明存在内建电场。研究发现所谓的印迹行为与压电能量收集性能直接相关。作为最佳案例，12摩尔%铌掺杂的悬臂梁收集器展现出最显著的印迹行为，其品质因数达到约19.1 GPa，功率密度约为1436 mW·cm?3·g?2，与其他报道值相比具有竞争力。
关键词： 薄膜、悬臂梁、压电能量收集、铌掺杂、PZT
更新于2025-09-23 15:23:52
-
航空航天结构健康监测应用中的PZT/PZT与PZT/BiT复合压电传感器：光化学金属有机+浸渗沉积及表征
摘要： 将细磨的锆钛酸铅（Pb(Zr0.52Ti0.48)O3）粉末悬浮于PZT和钛酸铋（BiT）溶液中，沉积于IN718和IN738镍基高温合金基体的曲面，形成厚度达100微米的涂层。采用光化学金属有机与渗透技术制备出无掺杂剂、无增稠聚合物的平滑半致密无裂纹随机取向厚压电薄膜作为压电传感器。每层沉积薄膜均在200°C下加热（含10wt%过量PbO），经365nm波长6瓦紫外灯照射10分钟，400°C热解后，再于700°C退火一小时。该过程循环进行直至达到目标厚度。分别采用蒸发法和溅射法沉积金/铂薄膜作为底电极与顶电极。随后对PZT/PZT与PZT/BiT复合薄膜进行表征，并与同类基体上沉积的PZT及BiT厚膜对比，同时研究成分与沉积工艺对压电薄膜晶相发育、微观形貌以及介电、铁电和压电性能的影响。测得PZT/PZT与PZT/BiT厚膜的剩余极化强度最大值分别为Pr=22.37±0.01μC/cm2和30.01±0.01μC/cm2，介电常数εr=298±3和566±5，压电电荷系数d33=126m/V和148m/V，对应最小矫顽场Ec=50kV/cm和20kV/cm。所开发的厚膜压电传感器可潜在应用于1-5MHz频带范围的旋转结构健康监测，并作为收发器用于其他工业或医疗领域。
关键词： 压电传感器、结构健康监测、PZT/BiT复合材料、表征、溶胶-凝胶PMOD沉积法、渗透工艺、航空航天结构、PZT/PZT厚膜
更新于2025-09-23 15:22:29
-
基于集成石墨烯/铁电材料的等离子体随机存取存储器（P-RAM）
摘要： 我们提出并模拟了一种基于石墨烯/铁电材料的集成等离子体随机存取存储器（P-RAM），该设计利用了锆钛酸铅（PZT：PbZr0.3Ti0.7O3）中的铁电畴。当通过调节外加偏压切换铁电薄膜的极化方向时，该P-RAM在两个透射水平间呈现双稳态特性。仿真结果表明：当对500纳米长的P-RAM施加从-1.5V至+6V（及反向）扫描电压时，其可能的消光比可达约18分贝。这种工作在7微米波长的集成P-RAM可通过测量两个明显不同的透射水平来实现存储功能。该集成存储器件同时具备锁存型等离子体开关功能，且无需任何外部单元来产生所需的等离子体波。在导通状态下，穿过存储单元的等离子体模式波长约为156纳米，其对应的传播长度（约5.57微米）超过整个P-RAM长度的两倍半。这款无耦合损耗、仅占2平方微米面积的集成P-RAM，有望成为信息存储及未来等离子体芯片开发的应用器件。为获得所述数值结果，我们采用COMSOL多物理场软件，通过三维有限元法（FEM）求解了完整的麦克斯韦方程组。
关键词： 铁电、等离子体随机存取存储器、石墨烯、锆钛酸铅（PZT）
更新于2025-09-23 15:21:01
-
印记效应对PbZr<sub>0.52</sub>Ti<sub>0.48</sub>O<sub>3</sub>薄膜剩余压电性能和铁电老化的作用
摘要： 铁电薄膜在高交流电场驱动条件下会因极化随时间衰减而出现老化与性能退化问题。本研究探究了缺陷化学与内电场对压电薄膜长期性能稳定性的影响。为此，采用溶胶-凝胶法在铂涂层硅衬底上制备了锆钛比52/48的锰掺杂（PMZT）与铌掺杂（PNZT）锆钛酸铅（PZT）薄膜。结果表明：在-240 kV/cm电场下经25-200°C温度范围极化后，PMZT薄膜的内电场强度显著高于PNZT薄膜。该内电场的形成具有热激活特性——锰掺杂薄膜的激活能介于0.5±0.06至0.8±0.1 eV之间，铌掺杂薄膜则为0.8±0.1至1.2±0.2 eV。印记效应的不同激活能表明PMZT与PNZT薄膜内电场演变的物理机制存在差异：极化增强的内电场源于（1）PMZT薄膜中氧空位-受主离子缺陷偶极子（(Mn''_Ti - V_O^{??})_x、(Mn'_Ti - V_O^{??})'）的定向排列；（2）PNZT薄膜中电子热发射注入与电荷俘获作用。这两种机制均能抑制反向翻转、增强剩余压电性能并显著改善老化行为。其中PMZT薄膜表现最优，其极化态稳定性提升使高温（180°C）老化速率降低至2-3%/十倍频；相比之下，PNZT薄膜的压电系数呈现显著更高的高温老化速率（15.5%/十倍频），表明其完全极化态未能随时间保持。
关键词： 老化，PZT，溶胶-凝胶，薄膜，施主，受主，压印
更新于2025-09-24 03:01:22
-
[2019年IEEE铁电材料应用国际研讨会(ISAF) - 瑞士洛桑 (2019.7.14-2019.7.19)] 2019年IEEE铁电材料应用国际研讨会(ISAF) - MEMS屈曲膜结构上不同晶向溶胶-凝胶PZT薄膜的振动压电能量转换效率
摘要： 从溶胶-凝胶法制备的锆钛酸铅（PZT）薄膜晶体取向角度出发，研究了MEMS屈曲膜结构上压电换能器的振动能量转换效率。晶体取向主导着PZT薄膜的面内应力和自发极化方向：面内应力影响膜片的静态屈曲状态——较大凸面屈曲会产生更高的弯曲振动向面内振动的机械转换效率；极化方向则影响本征压电转换效率。通过控制250-350℃范围内的热解温度调节溶胶-凝胶PZT的晶体取向，使薄膜织构从(100)晶向渐变为(111)晶向。高度(111)晶向薄膜虽呈现较大极化强度但屈曲形变量较小，而高度(100)晶向薄膜则相反。具有40-45% (111)晶向指数的中等织构薄膜展现出最高转换效率。
关键词： 压电、溶胶-凝胶、残余应力、屈曲、PZT、极化、能量转换、膜片
更新于2025-09-19 17:13:59
-
双输出磁电回旋器
摘要： 本文讨论了一种基于Pb(ZrxTi1-x)O3(PZT)/Metglas/PZT(P-M-P)三层结构的声学共振模式双输出磁电(ME)回转器。通过采用不同厚度的压电层作为输出端口，实现了具有不同电流-电压(I-V)转换比和不同电压等级的双输出?？诽跫拢礁鍪涑龆嗽?0.4 kHz频率时最大I-V转换比分别为5.7和13.5 kV/A。该回转器实现了91.7%的高功率效率(?)，且在功率密度增至45 W/in3时仍能保持相对稳定(≥86%)。这些优异的功率传输和多输出特性为磁电回转器在现代功率电子设备中的应用提供了独特可能。
关键词： 声学共振、双输出、磁电回旋器、PZT/ Metglas/ PZT、功率传输
更新于2025-09-10 09:29:36
-
压电执行器响应的有限元建模与仿真及不确定性量化
摘要： 压电结构在包括传感器、执行器和能量收集装置在内的工程设计中得到了广泛应用。本文提出了一种三维有限元模型的开发方案，用于模拟压电执行器并量化其在不确定参数输入下的响应。该有限元模型的实现基于标准节点法，并通过三维四面体和六面体单元扩展至压电材料应用。为考虑压电材料中的机电耦合效应，在这些单元的每个节点上除常规机械位移未知量外，额外增加了电势自由度。该模型开发成果通过单层压电梁到单压电晶片/双压电晶片排列多层梁等多种问题的解析解和实验数据进行了验证。针对具有不同设计参数的单压电晶片复合板执行器开展了更详细的分析。同时进行了不确定性量化研究，以评估材料属性输入不确定时压电复合板响应的敏感性。这不仅有助于理解文献报道中设备响应差异的原因，同时也为数值模型提供了额外的可信度验证。
关键词： 有限元方法、不确定性量化、压电材料、单压电晶片执行器、能量收集、PZT
更新于2025-09-10 09:29:36
-
高介电常数聚二甲基硅氧烷-锆钛酸铅（PbZr<sub>0.52</sub>Ti<sub>0.48</sub>O<sub>3</sub>）纳米复合材料：极化与温度对介电性能的影响
摘要： 通过室温混合制备了具有高介电常数（k值）的聚二甲基硅氧烷（PDMS）/锆钛酸铅（PbZr0.52Ti0.48O3，PZT）基纳米复合材料。系统研究了PZT含量对PDMS-PZT复合材料电学与力学性能的影响。结果表明：随着PZT含量增加，材料介电常数显著提升且体积电阻率降低；所有复合材料的介电损耗均低于其介电常数值。极化处理后，复合材料的介电常数升高而体积电阻率下降，这归因于偶极极化效应。研究发现低频（1Hz）下介电常数（ε0）和交流电导率（σac）随温度升高而增大，高频（1MHz）下则随温度升高而减小。该系列复合材料对外部压力敏感，可作为压力/力传感器使用。由于PZT陶瓷不具备增强作用，其拉伸强度和断裂伸长率随PZT含量增加而降低。通过场发射扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜及原子力显微镜/扫描探针显微镜观察到PZT颗粒在PDMS基体中的分布与分散状态。由于PZT颗粒的热稳定性优于PDMS基体，复合材料的耐热性随PZT含量增加而提升。
关键词： PZT、温度、介电常数、聚二甲基硅氧烷、纳米复合材料
更新于2025-09-10 09:29:36
-
纤维增强压电锆钛酸铅/聚偏氟乙烯复合材料的性能分析
摘要： 本文采用热压法制备了PZT/PVDF复合材料，研究了不同PZT体积分数对复合材料介电性能、压电性能、力学性能及微观结构的影响。通过确定复合材料组分的配比范围来提升其力学性能，并以碳纤维作为增强材料改善PZT/PVDF复合材料的力学特性。结果表明：掺杂适量碳纤维的PZT/PVDF复合材料具有良好致密性，其相对介电常数(εr)、压电应变常数(d33)和极化率均有所提高。最终确定PZT/PVDF最佳配比为50%/50%，碳纤维含量为0.25%时，复合材料的d33提升了14.2%，弯曲强度提高了7.2%，拉伸强度提高了11.5%。
关键词： 抗拉强度、PZT/PVDF、碳纤维、电性能、弯曲强度
更新于2025-09-09 09:28:46