钛酸钡分层微球的制备及其复合压电纳米发电机的研究开题报告

全文总字数：4873字

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着电子设备的智能化、小型化、便携化以及人们对清洁能源的需求，发展可持续、低耗能、可自供能的能源具有重要的能源和环境意义。其中，环境中的机械能和生物力学能具有很好的研究前景。而其中柔性电子设备—柔性纳米发电机，能很好的收集这些能量，同时还具有自供能的特性，相比绝大部分的电子设备使用电池供能，更加稳定、便携。尽管现在电池的能量密度有着很大提高，电池的小型化也有很大进步。但是电池具有需要定期更换的特性，即使是可充电电池也仍存在着电池能量衰减的特性，而且电池使用环境受温度等外在环境影响较大，这进一步限制了电池的使用。纳米发电机的概念最早于2006年由王中林教授提出，其依靠材料的压电性能进行工作。目前的纳米发电机根据其所针对的收集能量的对象和方式的不同，有光电式、温差式和机械式。而机械式又根据能量收集的原理，可分为压电式、摩擦式和电磁式。其中，压电纳米发电机利用的是材料的正压电效应，在外部环境的作用下使材料发生形变，其内部的电偶极子发生偏转，从而在材料两端产生电势差。相比于其他种类纳米发电机，压电纳米发电机具有可收集能量范围广、更加轻薄、原理更加简单等特点，适合小型化电子设备的制作。

为了实现复合压电纳米发电机的柔性化，目前的研究中是将压电纳米材料嵌入柔性基底中，并通过整流电路进行能量的收集和存储。常用的压电材料有锆钛酸铅(pzt)，铌镁酸铅晶体(pmn-pt)，钛酸钡(batio₃)等，但是由于pzt和pmn-pt其中含有铅成分，使用中可能对人体和环境造成危害，因此应尽量减少使用。另外如pzt这样的传统陶瓷，由于其弹性模量高，实际上并不利于柔性压电纳米发电机的制备。而batio₃在拥有良好铁电、压电性能的同时，更加环保、安全，是一种理想的材料。

而柔性压电纳米发电机的基体，通常选用聚偏二氟乙烯(pvdf)，聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(p(vdf-hfp))，聚偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物p(vdf-trfe)等压电聚合物和非压电聚合物聚二甲基硅氧烷(pdms)等。为了增强复合柔性压电纳米发电机的压电性，本实验采用压电性和铁电性良好的p(vdf-trfe)作为柔性基体。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 研究内容

1、材料的制备与合成：

(1)制备钛酸钡分层微球。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料及相关仪器设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4－5周：按照设计方案，制备batio₃分层微球。

第6－8周：制备压电复合材料。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] park k i, xu s, liu y, et al. piezoelectricbatio₃ thin film nanogenerator on plastic substrates[j]. nano letters, 2010, 10(12): 4939-4943.

[2] siddiquis, kim d i, nguyen m t, et al. high-performance flexible lead-freenanocomposite piezoelectric nanogenerator for biomechanical energy harvestingand storage[j]. nano energy, 2015, 15: 177-185.

[3] wang,zhong lin, and jinhui song. piezoelectric nanogenerators based on zinc oxidenanowire arrays[j]. science, 2006,312(5771): 242-246.