柔性智能材料压电特性应用研究开题报告

全文总字数：4606字

1. 研究目的与意义（文献综述）

“智能材料”的概念是由日本高木俊宜教授于1989年最先提出来的,是指能够感知环境变化,并通过自我判断和结论而实现指令和执行的新材料[1]。当前，较为流行的智能材料体系有压电材料、磁致伸缩材料、形状记忆合金、电流变体、磁流变体、电致伸缩材料和光纤材料等。在众多智能材料中,压电材料由于具有大的带宽,快速的机电响应频率,能量转换效率高,恢复力大等特点而得到最为广泛的应用。压电效应是指在材料上施加机械力应力时,材料的某些表面会产生电荷,这种现象被称为正压电效应;反之称为逆压电效应[2]。压电智能材料包括压电陶瓷(如钛酸钡,钛酸铅,锆钛酸铅等)，压电晶体(如罗息尔盐,磷酸二氢钾等),压电复合材料(如尼龙11/聚偏氟乙烯,锆钛酸铅/环氧树脂和钛酸铅/合成树脂等)和压电高聚物。

压电材料历史背景：

1880 年居里兄弟发现电气石的压电效应以后,便开始了压电学的历史。1881年,居里兄弟又通过实验验证了逆压电效应,并且获得了石英晶体相同的正逆压电常数[3]。1894年沃伊特指出,仅无对称中心的20种点群的晶体才可能具有压电效应。[4]石英是压电晶体的代表,它一直被广泛采用至今。利用石英的压电效应可制成振荡器和滤波器等频控元件。在第一次世界大战中,居里的继承人朗之万,为了探测德国的潜水艇,用石英制成了水下超声探测器，从而揭开了压电应用史的光辉篇章。

2. 研究的基本内容与方案

以石英和锆钛酸铅系列为代表的压电晶体与陶瓷具有压电系数大、成本低的特点,已经被广泛应用于振荡器、转换器、引爆器、打火机、护目镜、超声换能器、声纳等[13]领域.但其硬度大、不易加工和拉伸等特点,无法满足人们的日常使用要求。因此，科研人员开发了柔性压电复合材料[14]以改善当前无机压电材料的缺点,使新材料既具备压电晶体与陶瓷的优点,又有化学性能稳定、柔软性能良好、较高的压电常数和机电耦合系数的特点。本研究旨在通过对压电复合材料压电特性研究计算探讨其在应用领域的性能。

现阶段研究较多的压电复合材料是由压电陶瓷(如pzt，pbti03)和聚合物(如pvdf，环氧树脂)复合成的。岳鹏等[15]用化学溶解、旋涂成膜、多层膜热压制得pzt体积分数60%、介电常数100左右的pzt/ pvdf复合材料。徐任信等[16]运用热压工艺制备了0-3型pzt/pvdf压电复合材料。由于0-3型压电复合材料缺乏所需的应力集中因素，其中的压电陶瓷相极化比较困难，使复合材料的压电系数相对较小。但由于该类材料与其它类型压电复合材料一样能提高优值(gh、ghdh),减弱脆性，降低密度，并且无需高温烧结，成型加工缺陷少,能耗低，选择恰当条件能实现无机/高聚物两相间的良好界面结合与过渡，具有可柔性加工性，易于制造。其优异的可柔性加工性能[17]得到了人们的青睐。

本研究具体技术方案：

3. 研究计划与安排

第1周:熟悉课题，搜集整理压电效应相关资料，查阅文献；

第2周:查阅外文文献，并开始文献翻译；第3周:撰写开题报告初稿，完成资料翻译工作；第4周:修改完善开题报告和翻译；

第5周:学习并掌握comsol多物理场仿真软件建模；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]高木俊宜.日本机械学会志(日),1993，96（4）:77-79.

[2]高金生.功能材料及其应用手册.机械工业出版社,1991.

[3]hutson a r,white d l.elastic wave propagation in piezoelectric semiconductors[j].journal of applied physics,1962,33(1):40-47.