本申請(qǐng)涉及能量收集領(lǐng)域，具體涉及一種壓電陶瓷材料、壓電陶瓷片的制備方法及壓電能量收集器。

背景技術(shù)：

1、在壓電能量收集器的設(shè)計(jì)中，壓電材料作為其核心組件，其物理特性及材料質(zhì)量直接且科學(xué)地決定了收集器轉(zhuǎn)換機(jī)械振動(dòng)為電能的能力，即其性能優(yōu)劣的科學(xué)衡量標(biāo)準(zhǔn)。然而，目前市場(chǎng)上壓電產(chǎn)品的商業(yè)化程度仍然有限，多數(shù)壓電產(chǎn)品尚處于研發(fā)探索階段。其主要原因在于能量收集效率尚未達(dá)到理想水平。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)實(shí)施例提供壓電陶瓷材料，其具有較高的能量收集密度及較高的能量收集效率。

2、第一方面，本申請(qǐng)實(shí)施例提供一種壓電陶瓷材料，所述壓電陶瓷材料為(1-x)(bi0.5na0.5)tio3·xba(ni0.5nb0.5)o3，其中，x的范圍為0.023至0.038。

3、在一些實(shí)施例中，所述壓電陶瓷材料的壓電系數(shù)d33的范圍為：90pc/n≤d33≤120pc/n。

4、在一些實(shí)施例中，所述壓電陶瓷材料的退極化溫度t的范圍為140℃≤t≤170℃。

5、在一些實(shí)施例中，所述壓電陶瓷材料在7n的機(jī)械力作用下的開(kāi)路電壓u的范圍為：2.25v≤u≤2.6v。

6、在一些實(shí)施例中，所述壓電陶瓷材料在7n的機(jī)械力作用下的短路電流i的范圍為：0.305na≤i≤0.33na。

7、在一些實(shí)施例中，所述壓電陶瓷材料的原料組分包括bi2o3、na2co3、tio2、baco3、nio及nb2o5。

8、第二方面，本申請(qǐng)實(shí)施例還提供一種壓電陶瓷片的制備方法，其包括：

9、提供原料粉體；

10、將所述原料粉體進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，得到壓電陶瓷材料，其中，所述壓電陶瓷材料為(1-x)(bi0.5na0.5)tio3·xba(ni0.5nb0.5)o3，其中，x的范圍為0.023至0.038；以及

11、將所述壓電陶瓷材料制成壓電陶瓷片。

12、在一些實(shí)施例中，所述將所述原料粉體進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，得到壓電陶瓷材料，包括：

13、將所述原料粉體于第一溫度為800℃至850℃下進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，得到壓電陶瓷材料。

14、在一些實(shí)施例中，所述將所述壓電陶瓷材料制成壓電陶瓷片，包括：

15、將壓電陶瓷材料與粘結(jié)劑混合，進(jìn)行造粒，并壓片制得中間態(tài)陶瓷片；

16、將中間態(tài)陶瓷片于第二溫度為550℃至600℃下進(jìn)行排膠；以及

17、將中間態(tài)陶瓷片于第三溫度為1110℃至1130℃下進(jìn)行燒結(jié)，得到所述壓電陶瓷片。

18、第三方面，本申請(qǐng)實(shí)施例還提供一種壓電能量收集器，所述壓電能量收集器包括：

19、第一導(dǎo)電層；

20、壓電陶瓷片，所述壓電陶瓷片設(shè)置于所述第一導(dǎo)電層的一側(cè)，所述壓電陶瓷片包括本申請(qǐng)第一方面所述的壓電陶瓷材料，或者，所述壓電陶瓷片為本申請(qǐng)第二方面所述的壓電陶瓷片；

21、第二導(dǎo)電層，所述第二導(dǎo)電層設(shè)置于所述壓電陶瓷片的背離所述第一導(dǎo)電層的一側(cè)，所述第一導(dǎo)電層與所述第二導(dǎo)電層配合，用于加載電信號(hào)。

22、本申請(qǐng)實(shí)施例的所述壓電陶瓷材料為(1-x)(bi0.5na0.5)tio3·xba(ni0.5nb0.5)o3，其中，x的范圍為0.023至0.038。在bi0.5na0.5tio3中摻雜bani0.5nb0.5o3，可以使得bi3+、na+離子揮發(fā)形成氧空位缺陷增強(qiáng)了極化，從而使得壓電陶瓷材料具有較高的極化強(qiáng)度及較高的退極化溫度，增加了壓電陶瓷材料的壓電性能，且使得壓電陶瓷材料在較高的溫度下仍具有較高的壓電系數(shù)，應(yīng)用于壓電能量收集器時(shí)，可以更好的提高壓電能量收集器的能量密度。此外，作為典型的鐵電體，本申請(qǐng)的壓電陶瓷材料中存在著自發(fā)極化，當(dāng)溫度變化時(shí)，壓電陶瓷材料中出現(xiàn)正負(fù)電荷的相對(duì)位移，導(dǎo)致壓電陶瓷材料自發(fā)極化的變化，由此產(chǎn)生電勢(shì)差，導(dǎo)致電子在短路條件下從底部電極流到頂部電極形成電流，在開(kāi)路條件下產(chǎn)生電位；再者，由于(1-x)(bi0.5na0.5)tio3·xba(ni0.5nb0.5)o3陶瓷的非中心對(duì)稱(chēng)晶體結(jié)構(gòu)，外部壓力會(huì)導(dǎo)致自發(fā)極化的變化，從而使其壓電能量收集特性得到提升。

技術(shù)特征：

1.一種壓電陶瓷材料，其特征在于，所述壓電陶瓷材料為(1-x)(bi0.5na0.5)tio3·xba(ni0.5nb0.5)o3，其中，x的范圍為0.023至0.038。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷材料，其特征在于，所述壓電陶瓷材料的壓電系數(shù)d33的范圍為：90pc/n≤d33≤120pc/n。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷材料，其特征在于，所述壓電陶瓷材料的退極化溫度t的范圍為140℃≤t≤170℃。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷材料，其特征在于，所述壓電陶瓷材料在7n的機(jī)械力作用下的開(kāi)路電壓u的范圍為：2.25v≤u≤2.6v。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷材料，其特征在于，所述壓電陶瓷材料在7n的機(jī)械力作用下的短路電流i的范圍為：0.305na≤i≤0.33na。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷材料，其特征在于，所述壓電陶瓷材料的原料組分包括bi2o3、na2co3、tio2、baco3、nio及nb2o5。

7.一種壓電陶瓷片的制備方法，其特征在于，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓電陶瓷片的制備方法，其特征在于，所述將所述原料粉體進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，得到壓電陶瓷材料，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓電陶瓷片的制備方法，其特征在于，所述將所述壓電陶瓷材料制成壓電陶瓷片，包括：

10.一種壓電能量收集器，其特征在于，所述壓電能量收集器包括：

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N壓電陶瓷材料、壓電陶瓷片的制備方法及壓電能量收集器。本申請(qǐng)實(shí)施例的壓電陶瓷材料，所述壓電陶瓷材料為(1?x)(Bi<subgt;0.5</subgt;Na<subgt;0.5</subgt;)TiO<subgt;3</subgt;·xBa(Ni<subgt;0.5</subgt;Nb<subgt;0.5</subgt;)O<subgt;3</subgt;，其中，x的范圍為0.023至0.038。本申請(qǐng)實(shí)施例的壓電陶瓷材料具有較高的能量收集密度及較高的能量收集效率。

技術(shù)研發(fā)人員：李喆,劉國(guó)偉,鄧浩,黃湛華,孫淑霞,戴昊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：深圳供電局有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19