[发明专利]一种高柔韧的PZT /纤维织物压电复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于一种新型压电复合材料及其制备技术领域，具体涉及含锆钛酸铅（Pb (Zr_1-xTi_x)O₃，0.46<x<0.50）纳米晶与纤维织物的压电复合材料及其制备技术。

背景技术

锆钛酸铅(PZT)是一种非常重要的无机功能材料， 由于 PZT 陶瓷或薄膜具有优异的压电、介电和光电等电学性能，在电子技术、超声技术、计算机技术等高新技术领域中广泛地用作滤波器、传感器、换能器、存储器等电子元器件；但块、片状PZT压电陶瓷材料质地非常脆，不适合应用在复杂表面结构，而且其在拉张力下极不牢固，抗疲劳性较差；另外，压电陶瓷片与结构构件材料的声阻抗匹配性差，压电陶瓷片各向异性小，导致厚度方向与径向的机电耦合系数相差不大，不但不能得到单纯厚度方向的振动，且损失了部分振动能量，使得换能器等元器件效率降低；此外，压电陶瓷片的脆性使其在切割、加工、装配及承受应力时易破碎；压电陶瓷片的力、电特性易受温度、磁场和电场等因素的制约；由此可见，块、片状的PZT压电陶瓷材料在应用上受到了很大的限制，特别是当作为传感与驱动元器件的关键材料时不能胜任复杂表面的感应，因此当前国内外对提高PZT压电陶瓷材料的柔韧性以适合外界复杂表面的需求越来越迫切。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高PZT压电陶瓷材料柔韧性的方法，将PZT纳米晶颗粒牢固地生长在纤维织物上，获得一种新型的具高柔韧性的PZT压电复合材料，该种材料在长时间应力作用下仍可以保持其柔韧性，能够与弯曲的复杂结构表面很好地贴合，力-电耦合性能可得到大幅改善，特别适用于在复杂表面作为传感或驱动元件的关键材料。

本发明解决所述技术问题的技术方案是：制备一种具高柔性的PZT/纤维织物压电复合材料，其特征在于用柔软的纤维布作载体，采用水热法制备PZT纳米晶并有序而致密地生长于纤维布载体之上，形成高柔韧的PZT/纤维织物压电复合材料，其中硝酸铅、氧氯化锆和钛酸正四丁酯的摩尔配比为（1～1.2）：(0.50～0.54)：（0.46～0.50）。

本发明PZT/织物压电复合材料的制备方法按下列工艺进行：

1、将所述比例的硝酸铅、氧氯化锆和钛酸正四丁酯，分贝溶于去离子水、去离子水和溶剂中，确保各溶质完全溶解；并在低温加热、超声振荡和搅拌条件下使各溶液混合均匀。

2、配制氢氧化钠溶液，滴入混合液中，调节PH值至10～13，磁力搅拌至均匀后，将混合液

转移至水热反应釜中。

3、在反应釜中加入纤维布载体，将反应釜置于180～250℃的烘箱中反应10～30h，并自然降温至室温。

4、取出PZT/纤维织物并用去离子水反复洗涤，直至洗涤液无氯离子检出，将PZT/玻璃纤维

布复合材料烘箱中烘干。

与现有的块、片状PZT压电陶瓷材料及其制备方法相比，本发明的突出优点在于本压电复合材料具有优异的柔韧性和高压电特性，能够弯曲、拉伸，在拉伸和压缩下均具有良好的变形应变灵敏度，可以作为关键材料制作成传感器或驱动器，以用于表面状况复杂并需要承受应力的监控场合；本制备方法可在维布载体上牢固生长出大量粒径为纳米级的PZT晶体，该纳米晶分布均匀、纯度高、结构均一，具有高的压电性能。

附图说明

图1为含PZT纳米晶的玻璃纤维布形貌；

图2为PZT纳米晶颗粒形貌；

图3为PZT纳米晶的能谱图，左图为PZT纳米晶颗粒，右图为对应的PZT纳米晶能谱成分。

具体实施方式

本发明设计的一种具高柔韧性的PZT/纤维织物压电复合材料及其制备方法，其特征在于用柔软的纤维布作载体，采用水热法制备的PZT纳米晶均一、致密、牢固地生长于纤维布载体之上，其中硝酸铅、氧氯化锆和钛酸正四丁酯的摩尔配比按（1～1.2）：(0.50～0.54)：（0.46～0.50），反应液PH值为10～13、反应温度180～250℃，时间为10～30h。

本发明PZT/织物压电复合材料的具体制备方法按下列工艺进行：

1、称取所述比例的硝酸铅、氧氯化锆和钛酸正四丁酯原料，硝酸铅、氧氯化锆分别溶于

去离子水中，钛酸正四丁酯溶于溶剂，确保各溶质完全溶解；在80℃低温加热、超声振荡和搅拌条件下先将硝酸铅、氧氯化锆的水溶液混合均匀得到混合溶液1，再将钛酸正四丁酯溶液加入至混合溶液1中，在磁力搅拌器上搅拌均匀后，获得混合溶液2。