无铅BaTiO3/GO/PDMS复合的柔性叉指式压电发电机的设计与试验

作者：罗翠线; 魏文伯^*

来源：光学精密工程, 2019, 27(09): 2002-2010.

• 压电发电机
• BaTiO3/GO/PDMS
• 无铅复合材料
• 柔性叉指式结构

传统的压电振动发电机具有工作频带窄,压电陶瓷易碎且含铅等缺陷,无法满足当前微型传感器件可穿戴、小型化、便携式等要求。本文制备了一种高性能的钛酸钡/石墨烯/聚二甲基硅氧烷(BaTiO3/GO/PDMS)三元无铅压电复合薄膜。GO材料的比表面较大且流动性较强,在铁电材料中易形成微电容从而提高复合薄膜的压电性能。当BaTiO3/GO/PDMS复合薄膜中GO质量分数为0.6wt%时,复合薄膜的介电常数和导电率分别为185和8.5×10-5 S/m。BaTiO3/GO/PDMS复合薄膜的剩余极化强度值为13.47μC/cm2,比未添加GO材料时提高了28%。所制备的BaTiO3/GO/PDMS三元复合薄膜发电机的最大输出电压达7.71V,是BaTiO3/PDMS二元复合薄膜发电机的2.78倍。将BaTiO3/GO/PDMS复合柔性纳米薄膜应用于非对称叉指式压电拾振结构,填充GO后非对称叉指式拾振结构的输出电压明显增加,拾振结构的-3dB带宽由未填充GO时的8.7 Hz增加到填充GO后的11.2 Hz。所提出的BaTiO3/GO/PDMS无铅复合柔性压电纳米发电机在柔性能量采集拾振结构方面具有巨大的应用前景。

• 单位
  山西财经大学; 成都京东方光电科技有限公司