柔性(xing)壓電陶瓷(ci)復(fu)合(he)材料的(de)機(ji)械(xie)和壓電性(xing)能的(de)協同提升及(ji)其(qi)高(gao)精(jing)度制(zhi)備

北(bei)京(jing)理工大學(xue)李營(ying)團(tuan)隊(dui)研究了(le)壹(yi)種(zhong)新型(xing)的(de)柔(rou)性(xing)壓電陶瓷(ci)復(fu)合(he)材料 (FPCCs)，旨(zhi)在解(jie)決 FPCCs 制(zhi)備精度低和難以(yi)同時提升壓電性(xing)能和柔韌(ren)性(xing)的問(wen)題。首(shou)先通(tong)過配置柔性(xing)樹脂基(ji)體(ti)和采用(yong)表面功(gong)能化處理壓電陶瓷(ci)顆(ke)粒(li)，實(shi)現了 FPCCs 柔(rou)韌(ren)性(xing)和壓電性(xing)能的(de)協同提升。其(qi)次，團(tuan)隊(dui)利用(yong)nanoArch® S140（精度：10 μm）制(zhi)備了體(ti)心(xin)立(li)方(fang)(BCC)結構(gou)，添加了不(bu)影(ying)響壓電性(xing)能的(de)光(guang)吸收(shou)劑(ji) TiO2，顯著(zhu)提高(gao)了(le)3D打印精度(du)。最(zui)終制(zhi)備的 FPCCs 具有高(gao)精(jing)度、高(gao)柔(rou)韌性(xing)和良好(hao)的(de)壓電性(xing)能，為 FPCCs 的多功能(neng)應用(yong)拓展了新的研(yan)究方(fang)向。

相關(guan)相關(guan)研究以(yi)“Synergistic improvement of mechanical and piezoelectric properties of the flexible piezoelectric ceramic composite and its high-precision preparation"為題發表在學術期(qi)刊《Ceramics International》上。

圖(tu)1. PZT-5H表面功(gong)能化處理示(shi)意圖。

圖(tu)2. (a)由(you)於(yu)打印過程中(zhong)過度的紫外(wai)線擴散而(er)導(dao)致的(de)Rex圖(tu)。(b)Rex定(ding)義(yi)示(shi)意圖。

圖(tu)3. 3D打印制(zhi)造(zao)工藝(yi)的原理圖。

圖(tu)4. 極(ji)化過程圖(tu)。

圖(tu)5. PZT-5H和PZT-5H（TMSPM）粒(li)子

圖(tu)6. (a)二氧化鈦(tai)納(na)米粒(li)子散射和紫外(wai)光(guang)吸收(shou)示(shi)意圖。(b)在不(bu)添(tian)加吸(xi)光(guang)劑(ji)和添加(jia)吸(xi)光(guang)劑(ji)二氧化鈦(tai)的(de)條件下的(de)樹脂吸(xi)光(guang)度測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)。(c)在4s的曝光(guang)時間條(tiao)件下，5 vol% PZT-5H（TMSPM）漿(jiang)液(ye)的固(gu)化深度和超寬。(d)在暴露(lu)時(shi)間為4s的光(guang)照強(qiang)度下(xia)，5 vol% PZT-5H（TMSPM）漿(jiang)液(ye)和添加(jia)0.06 wt%二氧化鈦(tai)的(de)固(gu)化厚度和超寬度的(de)變(bian)化。(e)在78.8 mW/cm2的光(guang)強(qiang)下，不(bu)添(tian)加二氧化鈦(tai)和添加(jia)0.06 wt%二氧化鈦(tai)的(de)5 vol% PZT-5H（TMSPM）漿料的(de)固(gu)化厚度和多余寬度隨時間的(de)變(bian)化。(f)在100rmp和150rmp轉速下(xia)，不(bu)同二氧化鈦(tai)含量(liang)的5 vol% PZT-5H（TMSPM）漿料的(de)粘(zhan)度比(bi)較(jiao)。

圖(tu)7. 不(bu)同二氧化鈦(tai)添(tian)加量(liang)下體(ti)心(xin)立(li)方(fang)結構(gou)的光(guang)學和電子顯微(wei)鏡(jing)圖像。(a)體(ti)心(xin)立(li)方(fang)結構(gou)的設(she)計尺寸(cun)。(b)用(yong)0.06 wt%含tio2的(de)漿液(ye)進行3D打印制(zhi)備的結構的(de)電子顯微(wei)鏡(jing)圖像。(c)由不(bu)添(tian)加二氧化鈦(tai)的(de)漿液(ye)和二氧化鈦(tai)含量(liang)為0.02 wt%、0.04 wt%、0.06 wt%和0.08 wt%的泥(ni)漿(jiang)制(zhi)備的體(ti)心(xin)立(li)方(fang)結構(gou)樣品的光(guang)學和單(dan)細(xi)胞(bao)電子顯微(wei)鏡(jing)圖像。

圖(tu)8. 機(ji)械(xie)性(xing)能示(shi)意圖（在拉(la)伸(shen)速率(lv)為500 mm/min時，壓縮速率(lv)為1 mm/min，二氧化鈦(tai)含量(liang)為0.06 wt%)。(a)使用(yong)5 vol% PZT-5H（TMSPM）漿料制(zhi)備的柔性(xing)壓電陶瓷(ci)復(fu)合(he)材料的(de)拉(la)伸(shen)斷裂(lie)圖像(xiang)和20次循(xun)環拉(la)伸(shen)試(shi)驗(yan)圖(tu)。(b)使用(yong)5 vol% PZT-5H（TMSPM）漿料制(zhi)備的柔性(xing)壓電陶瓷(ci)復(fu)合(he)材料的(de)壓縮圖(tu)像(xiang)和20個循(xun)環壓縮圖(tu)。(c)柔(rou)性(xing)壓電陶瓷(ci)復(fu)合(he)材料的(de)拉(la)伸(shen)斷裂(lie)圖。(d)柔(rou)性(xing)壓電陶瓷(ci)復(fu)合(he)材料的(de)壓縮圖(tu)。(e)體(ti)心(xin)立(li)方(fang)三維結(jie)構(gou)的性(xing)能顯(xian)示(shi)。(f)使用(yong)FPCCs的3D打印制(zhi)備的體(ti)心(xin)立(li)方(fang)晶格(ge)結構（體(ti)積(ji)分數(shu)為40 %）的20個循(xun)環壓縮圖(tu)。

圖(tu)9. 在5 vol% PZT-5H（TMSPM）條件下，不(bu)同極化時間、極化溫度和極化電壓下的(de)FPCCs中(zhong)d33的(a)、(b)和(c)變(bian)化。(d)添加二氧化鈦(tai)對(dui)d33的影(ying)響。