[发明专利]一种柔性压电陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种柔性压电陶瓷材料及其制备方法，所述陶瓷材料包括主体A(Ga_zNb_1‑z)_yTi_1‑yO₃、包覆主体的复合体B₄V₂O₉构成的复合体系(1‑x)A(Ga_zNb_1‑z)_yTi_1‑yO3/(x)B₄V₂O₉，其中0.20mol≤x≤0.50mol，0.50mol≤y≤1.00mol，其中主体材料中的A为Ni、Zn、Ba或Co中的一种或几种；复合体材料中的B为Zr、Sr、Ca、Mg中的一种或几种。其制备方法采用微波辅助加热聚合前驱体的方法，能够快速节能地制作出双晶相纳米晶体结构、压电综合性能好、低介电损耗、机械耦合系数高且机械能转化为电能效率高的压电陶瓷材料。

技术领域

本发明涉及压电陶瓷材料，尤其涉及一种压电陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

随着工业的发展，利用无线传感器网络对大型工业设备进行状态实时监测和系统维护成为发展趋势。在过去的几十年里，随着存储技术、微电子技术以及通信技术的迅速发展，传感器和交互节点网络的发展日新月异，然而电源技术的发展却十分缓慢，无法满足供电需求。供电环节的质量是整个无线传感网络能否稳定工作的关键。随着无线传感节点的增多，随之而来的是数据的存储、计算以及发射信号的频率增加，对电源的能量密度、体积以及寿命的规格要求越来越严格。因此，近些年来，如何从外部获取能量来为传感网络提供稳定的电源成为研究的主题。

压电陶瓷是具有可以将机械能与电能相互转换的压电效应的一类电子陶瓷，在机械作用下发生极化，介质两端表面出现符号相反的束缚电荷，出现正压电效应；相反，如果在介质极化的方向施加电场，压电陶瓷会在某一方向上产生机械形变。压电陶瓷材料因其独特的性能，被广泛应用于防军事、航空航天、信息通讯、医疗设备、舰艇声呐、高速列车、石油化工、压电陶瓷点火器、压电变压器、压电陶瓷拾音器及扬声器等领域。目前，得到最广泛应用的是铅基压电陶瓷材料，但是铅基压电陶瓷材料在生产和使用的过程中能够生成对人体健康和环境毒害作用的氧化铅，所以很多国家下达了对铅基压电陶瓷材料的使用禁令。

中国专利201710886220.2公开了一种压电陶瓷材料的制备方法，其技术方案中采用四氧化三铅作为压电陶瓷材料制备原材料中的一种，铅是对于环境具有污染的一种重金属，难以回收利用，并且采用固态烧结方法制作压电陶瓷材料，生产耗时较长，并且生产得到的压电陶瓷材料制备温度高，浪费能源，制备条件要求高，且生产出的压电陶瓷材料形变性能较低，硬度大不易加工和拉伸，无法满足人们的日常使用要求，所得到的的压电陶瓷材料的压点系数低，不能满足将机械能以较大转化效率转化为电能的效果。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本申请提供了采用微波辅助加热聚合前驱体制备压电陶瓷材料的方法，及使用此方法制作的一种能够快速节能地获得双晶相纳米晶体结构、压电综合性能好、低介电损耗、机械耦合系数高且机械能转化为电能效率高的压电陶瓷材料。

本发明的技术方案如下：一种柔性压电陶瓷材料，所述陶瓷材料包括主体A(Ga_zNb_1-z)_yTi_1-yO₃、包覆主体的复合体B₄V₂O₉构成的复合体系(1-x)A(Ga_zNb_1-z)_yTi_1-yO3/(x)B₄V₂O₉，其中0.20mol≤x≤0.50mol，0.50mol≤y≤1.00mol，其中主体材料中的A为Ni、Zn、Ba或Co中的一种或几种；复合体材料中的B为Zr、Sr、Ca、Mg中的一种或几种；所述陶瓷材料还包括覆盖在复合体系表面的有机柔性薄膜。