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交联聚丙烯压电驻极体的压电性能及振动能量采集研究

武丽明 张晓青

交联聚丙烯压电驻极体的压电性能及振动能量采集研究

武丽明, 张晓青
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  • 以电子束辐照交联聚丙烯(IXPP)泡沫薄板为原材料, 首先利用热压工艺对微观结构进行改性, 然后采用电晕充电方法对样品实施极化处理, 使之具有压电效应, 成为压电驻极体. 通过准静态和动态压电系数d33、复电容谱, 以及等温衰减的测量, 研究了IXPP压电驻极体膜的机电耦合性能; 同时考察了基于IXPP压电驻极体膜的振动能量采集器在{3-3}模式下对环境振动能的俘获. 结果表明, IXPP压电驻极体的准静态压电系数d33可高达620 pC/N; 厚度方向的杨氏模量和品质因数(FOM, d33·g33)分别是0.7 MPa和11.2 GPa-1; 在50, 70和90℃下进行等温老化, 经过24 h后, IXPP压电驻极体膜的准静态压电系数d33分别降低到初始值的54%, 43%和29%; 采用面积为3.14 cm2的IXPP压电驻极体膜为换能元件, 当振子质量为25.6 g, 振动频率为820 Hz时, 振动能量采集器在匹配负载附近可以输出高达65 μW/g2的功率.
      通信作者: 张晓青, x.zhang@tongji.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51173137和11374232)和中央高校基本科研(批准号: 同济大学2014)资助的课题.
    [1]

    Erturk A, Inman D J 2011 Piezoelectric Energy Harvesting (New York: John Wiley & Sons) pp19-48

    [2]

    Mitcheson P D, Rao G K, Green T C 2008 Proc. IEEE 96 1457

    [3]

    Cook-Chennault K A, Thambi N, Sastry A M 2008 Smart Mater. Struct. 17 043001

    [4]

    Guan M J, Liao W H 2007 Smart Mater. Struct. 16 498

    [5]

    Okamoto H, Suzuki T, Mori K, Cao Z, Onuki T, Kuwano H 2007 Int'l. J. Energy Res. 33 1180

    [6]

    Fan K Q, Xu C H, Wang W D, Fang Y 2014 Chinese Phys. B 23 084501

    [7]

    Wu S H, Du L D, Kong D Y, Ping H Y, Fang Z, Zhao Z 2014 Chin. Phys. B 23 044302

    [8]

    Bauer S, Gerhard-Multhaupt R, Sessler G M 2004 Phys. Today 57 37

    [9]

    Zhang X Q, Zhang X W, You Q, Sessler G M 2014 Macromol. Mater. Eng. 299 290

    [10]

    Cao G X, Zhang X, Sun Z L, Wang X W, Lou K X, Xia Z F 2010 Acta Phys. Sin. 59 6514 (in Chinese) [曹功勋, 张晓青, 孙转兰, 王学文, 娄可行, 夏钟福 2010 物理学报 59 6514]

    [11]

    Sessler G M, Hillbenrand J 2013 Appl. Phys. Lett. 103 122904

    [12]

    Zhang T L, Huang X, Zheng K, Zhang X W, Wang Y J, Wu L M, Zhang X Q, Zheng J, Zhu B 2014 Acta Phys. Sin. 63 157703 (in Chinese) [张添乐, 黄曦, 郑凯, 张欣梧, 王宇杰, 武丽明, 张晓青, 郑洁, 朱彪 2014 物理学报 63 157703]

    [13]

    Xu R, Kim S G 2012 PowerMEMS 2012 Atlanta, GA, USA, December 2-5, 2012, pp.464-467

    [14]

    Anton S R, Farinholt K M 2012 Proc. of SPIE 8341 83410G

    [15]

    Pondrom P, Hillenbrand J, Sessler G M, Bös J, Melz T 2014 Appl. Phys. Lett. 104 172901

    [16]

    Anton S R, Farinholt K M, Erturk A 2014 J. Intell. Mater. Syst. Struct. 25 1681

    [17]

    Zhang X, Huang J, Chen J, Wan Z, Wang S, Xia Z 2007 Appl. Phys. Lett. 91 182901

    [18]

    Zhang X, Pan D, Wang X, Cao G, Sun Z, Xia Z 2011 J. Electrostact 69 554

    [19]

    Hillenbrand J, Sessler G M 2000 IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. 7 537

    [20]

    Kressmann R 2001 J. Appl. Phys. 90 3489

    [21]

    Hillenbrand J, Sessler G M 2004 IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. 11 72

    [22]

    Zhang X, Wu L M, Sessler G M, "Energy harvesting from vibration with cross-linked polypropylene piezoelectrets" to be published

    [23]

    Zhang X, Hillenbrand J, Sessler G M 2007 J. Appl. Phys. 101 054114

    [24]

    Neugschwandtner G S, Schwödiauer R, Vieytes M, Bauer-Gogonea S, Bauer S, Hillenbrand J, Kressmann R, Sessler G M, Paajanen M, Lekkala J 2000 Appl. Phys. Lett. 77 3827

    [25]

    Mellinger A 2003 IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. 10 842

    [26]

    DuToit N E, Wardle B L, Kim S 2005 Intergr. Ferroelectr. 71 121

  • [1]

    Erturk A, Inman D J 2011 Piezoelectric Energy Harvesting (New York: John Wiley & Sons) pp19-48

    [2]

    Mitcheson P D, Rao G K, Green T C 2008 Proc. IEEE 96 1457

    [3]

    Cook-Chennault K A, Thambi N, Sastry A M 2008 Smart Mater. Struct. 17 043001

    [4]

    Guan M J, Liao W H 2007 Smart Mater. Struct. 16 498

    [5]

    Okamoto H, Suzuki T, Mori K, Cao Z, Onuki T, Kuwano H 2007 Int'l. J. Energy Res. 33 1180

    [6]

    Fan K Q, Xu C H, Wang W D, Fang Y 2014 Chinese Phys. B 23 084501

    [7]

    Wu S H, Du L D, Kong D Y, Ping H Y, Fang Z, Zhao Z 2014 Chin. Phys. B 23 044302

    [8]

    Bauer S, Gerhard-Multhaupt R, Sessler G M 2004 Phys. Today 57 37

    [9]

    Zhang X Q, Zhang X W, You Q, Sessler G M 2014 Macromol. Mater. Eng. 299 290

    [10]

    Cao G X, Zhang X, Sun Z L, Wang X W, Lou K X, Xia Z F 2010 Acta Phys. Sin. 59 6514 (in Chinese) [曹功勋, 张晓青, 孙转兰, 王学文, 娄可行, 夏钟福 2010 物理学报 59 6514]

    [11]

    Sessler G M, Hillbenrand J 2013 Appl. Phys. Lett. 103 122904

    [12]

    Zhang T L, Huang X, Zheng K, Zhang X W, Wang Y J, Wu L M, Zhang X Q, Zheng J, Zhu B 2014 Acta Phys. Sin. 63 157703 (in Chinese) [张添乐, 黄曦, 郑凯, 张欣梧, 王宇杰, 武丽明, 张晓青, 郑洁, 朱彪 2014 物理学报 63 157703]

    [13]

    Xu R, Kim S G 2012 PowerMEMS 2012 Atlanta, GA, USA, December 2-5, 2012, pp.464-467

    [14]

    Anton S R, Farinholt K M 2012 Proc. of SPIE 8341 83410G

    [15]

    Pondrom P, Hillenbrand J, Sessler G M, Bös J, Melz T 2014 Appl. Phys. Lett. 104 172901

    [16]

    Anton S R, Farinholt K M, Erturk A 2014 J. Intell. Mater. Syst. Struct. 25 1681

    [17]

    Zhang X, Huang J, Chen J, Wan Z, Wang S, Xia Z 2007 Appl. Phys. Lett. 91 182901

    [18]

    Zhang X, Pan D, Wang X, Cao G, Sun Z, Xia Z 2011 J. Electrostact 69 554

    [19]

    Hillenbrand J, Sessler G M 2000 IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. 7 537

    [20]

    Kressmann R 2001 J. Appl. Phys. 90 3489

    [21]

    Hillenbrand J, Sessler G M 2004 IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. 11 72

    [22]

    Zhang X, Wu L M, Sessler G M, "Energy harvesting from vibration with cross-linked polypropylene piezoelectrets" to be published

    [23]

    Zhang X, Hillenbrand J, Sessler G M 2007 J. Appl. Phys. 101 054114

    [24]

    Neugschwandtner G S, Schwödiauer R, Vieytes M, Bauer-Gogonea S, Bauer S, Hillenbrand J, Kressmann R, Sessler G M, Paajanen M, Lekkala J 2000 Appl. Phys. Lett. 77 3827

    [25]

    Mellinger A 2003 IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. 10 842

    [26]

    DuToit N E, Wardle B L, Kim S 2005 Intergr. Ferroelectr. 71 121

  • [1] 高毓璣, 冷永刚, 范胜波, 赖志慧. 弹性支撑双稳压电悬臂梁振动响应及能量采集研究. 物理学报, 2014, 63(9): 090501. doi: 10.7498/aps.63.090501
    [2] 唐炜, 王小璞, 曹景军. 非线性磁式压电振动能量采集系统建模与分析. 物理学报, 2014, 63(24): 240504. doi: 10.7498/aps.63.240504
    [3] 谭丹, 冷永刚, 范胜波, 高毓璣. 外加磁场压电悬臂梁能量采集系统的磁化电流法磁力研究. 物理学报, 2015, 64(6): 060502. doi: 10.7498/aps.64.060502
    [4] 吴娟娟, 冷永刚, 乔海, 刘进军, 张雨阳. 窄带随机激励双稳压电悬臂梁响应机制与能量采集研究. 物理学报, 2018, 67(21): 210502. doi: 10.7498/aps.67.20180072
    [5] 刘亦轩, 李昭, 汤浩正, 逯景桐, 李敬锋, 龚文, 王轲. 晶粒尺寸对钙钛矿型压电陶瓷压电性能的影响. 物理学报, 2020, 69(21): 217704. doi: 10.7498/aps.69.20201079
    [6] 曾 涛, 董显林, 毛朝梁, 梁瑞虹, 杨 洪. 孔隙率及晶粒尺寸对多孔PZT陶瓷介电和压电性能的影响及机理研究. 物理学报, 2006, 55(6): 3073-3079. doi: 10.7498/aps.55.3073
    [7] 张丽娜, 赵苏串, 郑嘹赢, 李国荣, 殷庆瑞. 复合层状Bi7Ti4NbO21铁电陶瓷的结构与介电和压电性能研究. 物理学报, 2005, 54(5): 2346-2351. doi: 10.7498/aps.54.2346
    [8] 丁南, 唐新桂, 匡淑娟, 伍君博, 刘秋香, 何琴玉. 锰掺杂对Ba(Zr, Ti)O3陶瓷压电与介电性能的影响. 物理学报, 2010, 59(9): 6613-6619. doi: 10.7498/aps.59.6613
    [9] 孙琳, 褚君浩, 杨平雄, 冯楚德. Sr位Nd掺杂对SrBi2Nb2O9性能的影响及机理研究. 物理学报, 2009, 58(8): 5790-5797. doi: 10.7498/aps.58.5790
    [10] 张咪, 左西, 杨同青, 张晓青. 基于压电驻极体的微能量采集研究. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20200815
    [11] 张添乐, 黄曦, 郑凯, 张欣梧, 王宇杰, 武丽明, 张晓青, 郑洁, 朱彪. 极化电压对聚丙烯压电驻极体膜压电性能的影响. 物理学报, 2014, 63(15): 157703. doi: 10.7498/aps.63.157703
    [12] 张欣梧, 张晓青. 聚丙烯压电驻极体膜的压电和声学性能研究. 物理学报, 2013, 62(16): 167702. doi: 10.7498/aps.62.167702
    [13] 张鹏锋, 夏钟福, 邱勋林, 吴贤勇. 聚丙烯蜂窝膜驻极体压电系数的测量及压电性的改善. 物理学报, 2005, 54(1): 397-401. doi: 10.7498/aps.54.397
    [14] 邱勋林, 夏钟福, 安振连, 吴贤勇. 热膨胀处理的聚丙烯蜂窝膜驻极体的压电性. 物理学报, 2005, 54(1): 402-406. doi: 10.7498/aps.54.402
    [15] 张鹏锋, 夏钟福, 邱勋林, 王飞鹏, 吴贤勇. 充电参数对聚丙烯蜂窝膜驻极体压电性的影响. 物理学报, 2006, 55(2): 904-909. doi: 10.7498/aps.55.904
    [16] 黄肇明, 庄培其, 姜祖涛, 于桂芳. ADP晶体压电性能的动态测量. 物理学报, 1966, 22(8): 911-918. doi: 10.7498/aps.22.911
    [17] 李海涛, 秦卫阳. 宽频随机激励下非线性压电能量采集器的相干共振. 物理学报, 2014, 63(12): 120505. doi: 10.7498/aps.63.120505
    [18] 李海涛, 秦卫阳, 周志勇, 蓝春波. 带有分数阶阻尼的压电能量采集系统相干共振. 物理学报, 2014, 63(22): 220504. doi: 10.7498/aps.63.220504
    [19] 尹鑫, 吕孟凯, 李福奇. NH4IO3晶体的压电性能. 物理学报, 1989, 38(1): 124-127. doi: 10.7498/aps.38.124
    [20] 朱镛, 张道范. 铌酸锶钠锂单晶电光、热电、介电和压电性能. 物理学报, 1979, 28(2): 234-239. doi: 10.7498/aps.28.234
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-04-07
  • 修回日期:  2015-05-04
  • 刊出日期:  2015-09-05

交联聚丙烯压电驻极体的压电性能及振动能量采集研究

  • 1. 上海市特殊人工微结构材料及技术重点实验室&同济大学物理科学与工程学院, 上海 200092
  • 通信作者: 张晓青, x.zhang@tongji.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 51173137和11374232)和中央高校基本科研(批准号: 同济大学2014)资助的课题.

摘要: 以电子束辐照交联聚丙烯(IXPP)泡沫薄板为原材料, 首先利用热压工艺对微观结构进行改性, 然后采用电晕充电方法对样品实施极化处理, 使之具有压电效应, 成为压电驻极体. 通过准静态和动态压电系数d33、复电容谱, 以及等温衰减的测量, 研究了IXPP压电驻极体膜的机电耦合性能; 同时考察了基于IXPP压电驻极体膜的振动能量采集器在{3-3}模式下对环境振动能的俘获. 结果表明, IXPP压电驻极体的准静态压电系数d33可高达620 pC/N; 厚度方向的杨氏模量和品质因数(FOM, d33·g33)分别是0.7 MPa和11.2 GPa-1; 在50, 70和90℃下进行等温老化, 经过24 h后, IXPP压电驻极体膜的准静态压电系数d33分别降低到初始值的54%, 43%和29%; 采用面积为3.14 cm2的IXPP压电驻极体膜为换能元件, 当振子质量为25.6 g, 振动频率为820 Hz时, 振动能量采集器在匹配负载附近可以输出高达65 μW/g2的功率.

English Abstract

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