[发明专利]压电材料、压电材料制备方法及用途

说明书

本发明公开了一种压电材料、压电材料制备方法及应用，所述制备方法包括根据稀土元素掺杂的铌镁酸铅‑钛酸铅的化学式中的摩尔计量比称取各组分的原料；在干燥的惰性气氛下，向2‑甲氧基乙醇中加入称取的所述各组分的原料，进行蒸馏和回流，以形成络合物前体；将聚乙烯吡咯烷酮的2‑甲氧基乙醇溶液加入到所述络合物前体中，以形成均匀的前驱体溶液；将所述前驱体溶液加入静电纺丝设备的储液器中，进行纺丝；将收集到的纺丝进行退火处理，以形成稀土元素掺杂的铌镁酸铅‑钛酸铅微纳米纤维。本发明的RE‑PMN‑PT多晶微纳米纤维具有优良的压电性能。

技术领域

本发明静电纺丝技术领域，特别是涉及一种压电材料、压电材料制备方法及用途。

背景技术

为了满足对便携式电子设备、可植入设备和无线传感器网络等多功能电子设备的分布式电源日益增长的需求，近年来积极开发能够有效转换环境能量的能量收集技术。压电纳米发电机(piezoelectric nanogenerators，PENG)作为一种有前途的能量收集技术，其能将微小和不规则的机械能(如振动，行走，风，心跳和呼吸运动)转换为可用的电能，由于PENG具有高的能转换效率而引起了人们极大的关注。

在现有技术中心，为了提高其输出性能以满足电子设备的功率要求，科研工作者做出了大量的努力，已经将PENG的输出电压和电流分别从8mV增加到250V，从0.4nA增加到134μA。应该注意的是，输出电压已迅速增加到数百伏，这对于我们日常生活中的大多数电子设备而言足够高，但输出电流仍然不足，这一直是PENG发展的瓶颈，这严重限制了PENG作为一种有希望的微电源在收集周围环境机械能方面的应用。

考虑到正常PENG器件在一定驱动条件下的输出电流主要取决于电流密度，而电流密度于压电材料的压电系数密切相关，选择具有较高压电系数的压电材料是实现PENG器件高输出电流密度的一个重要因素，为了提高压电纳米发电机的输出电流，可以选择合适的具有较高压电系数的压电材料。稀土元素掺杂的铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)材料具有远高于传统压电材料的压电系数，例如Sm掺杂铌镁酸铅-钛酸铅多晶结构的压电系数约为1500pC/N，单晶为压电系数约为4100pC/N，而传统的压电材料中，PZT的压电系数约为500～600pC/N，PMN-PT的压电系数约为620pC/N。

但是现有技术中的稀土元素掺杂的铌镁酸铅-钛酸铅一般是通过熔盐法、氧化物混合法(CMO法)及二次合成法制备，这些方法制备的一般是块体材料，不适合用来制备收集环境中低频微弱机械能的柔性的压电纳米发电机，并且存在着烧结温度高，容易生成杂相，形貌不可控的问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种压电材料、压电材料制备方法及用途，用于解决现有技术中稀土元素掺杂的铌镁酸铅-钛酸铅制备过程中烧结温度高，容易生成杂相，形貌不可控，不适合用来制备收集环境中低频微弱机械能的柔性的压电纳米发电机的技术问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种压电材料的制备方法，所述制备方法包括：

根据稀土元素掺杂的铌镁酸铅-钛酸铅的化学式中的摩尔计量比称取各组分的原料；

在干燥的惰性气氛下，向2-甲氧基乙醇中加入称取的所述各组分的原料，进行蒸馏和回流，以形成络合物前体；

将聚乙烯吡咯烷酮的2-甲氧基乙醇溶液加入到所述络合物前体中，以形成均匀的前驱体溶液；

将所述前驱体溶液加入静电纺丝设备的储液器中，进行纺丝；

将收集到的纺丝进行退火处理，以形成稀土元素掺杂的铌镁酸铅-钛酸铅微纳米纤维。

在一实施例中，所述稀土元素掺杂的铌镁酸铅-钛酸铅的化学式为

RE-Pb(Nb_2/3Mg_1/3)O₃-xPbTiO₃