BaHf_0.05Ti_0.95O₃来自Sol-Gel和固态工艺的陶:应用于压电能量收割机的建模

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 收集能源 收集能源
• 压电材料 压电材料

背景情况:

• 传统的压电式能源收割机使用基材料,如氧化,酸.
• 的毒性和环境问题需要开发无替代品.
• 开发高效,环保的压电材料对于可持续的能源采集至关重要.

研究的目的:

• 为制备和表征含有 hafnium 的酸 (BaHf_xTi_1-xO₃; BHT) 溶凝材料.
• 评估通过sol-gel和固态方法合成的BHT材料的电机性能.
• 设计和模拟使用BHT用于低频环境振动的双形压电能量收割机.

主要方法:

• 开发了一种原创的sol-gel工艺,用于高度,稳定的BHT土壤,没有强有机复合剂.
• 控制溶液老化和度,以达到所需的粘度和合体大小.
• 合成了密集的散装BHT材料,并将其机电性能与固态合成对应物进行了比较.

主要成果:

• 优化的sol-gel工艺产生了时间稳定的BHT sols.
• 无论是sol-gel还是固态BHT材料都表现出良好的电机性能,厚度合系数 (k) 分别为~53%和~47%,反向压电系数 (d33*) 分别为~420 pm/V和~330 pm/V.
• 使用BHT的模拟双形态配置在154Hz的低频振动 (<200Hz) 中实现了0.03μW/mm³/Hz/g^{2的最大规范体积功率密度.}

结论:

• 用哈夫添加的酸 (BHT) 溶凝材料为压电能收获提供了一个有前途的无替代品.
• 开发的sol-gel工艺可以制造具有竞争力电机性能的BHT材料.
• 模拟证实了基于BHT的双形收割机在有效捕获低频环境振动能量方面的潜力.