《道路用水泥基壓電發電製品的製備與理論研究》是依託哈爾濱工業大學，由關新春擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：道路用水泥基壓電發電製品的製備與理論研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：關新春
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對低碳經濟的發展理念，套用壓電陶瓷材料的壓電效應，通過重點解決如下關鍵科學問題，研究一種能夠將行駛車輛所施加給路面的荷載轉換為電能的水泥基壓電發電製品，並揭示內在機理、發展相關理論。①研究壓電陶瓷粉體製備方法、壓電陶瓷纖維坯體的擠壓和燒成工藝，確定高性能壓電陶瓷纖維的製備方法；②綜合分析套用不同工藝製備的壓電陶瓷的顯微結構、力學性能和壓電性能，建立壓電陶瓷纖維的製備與燒成理論；③研究高性能水泥基複合材料的配合比、壓電發電製品的澆築方法與電極披覆方法，建立壓電發電製品的製備工藝；④研究水泥基體的強度與彈性模量以及壓電纖維的體積含量、長徑比、截面形狀等因素對水泥基壓電發電材料的力電轉換效率的影響規律，建立水泥基壓電發電材料的力電耦合模型和壓電發電製品的設計理論；⑤研究疲勞荷載作用下，水泥基壓電發電材料的顯微結構、力學性能與力電轉換效率的蛻變過程，建立水泥基壓電材料的損傷機理，並提出改善措施。
結題摘要
複合有壓電陶瓷的水泥基壓電複合材料，可以將環境中的機械能轉換為電能。利用這一特性，可以將水泥基壓電複合材料製成路面製品，將行駛車輛所施加給路面的荷載轉換為可以工業化使用的電能，還可以將水泥基壓電複合材料製成感測器，用於土木結構健康監測。基於這一背景，本項目開展了如下幾個方面的研究工作，在壓電陶瓷纖維製備工藝和理論方面，研究了塑性聚合物法製備PZT-51壓電纖維的基本工藝，確定了原材料的配比，纖維擠制工藝、燒成制度和泥料中的有機物含量對PZT-51壓電纖維結構和性能的影響；採用溶膠-粉末法製備了PZT-51壓電纖維，研究了PZT溶膠與PZT-51預燒粉的摩爾比、PZT溶膠中的加酸量和加水量、纖維直徑等對纖維性能的影響；在壓電纖維與水泥基體複合方法方面，製備了0-3型水泥基壓電複合材料，研究了PZT-51陶瓷顆粒粒度、顆粒級配、顆粒形狀等對0-3型水泥基壓電複合材料壓電性、介電性和機電耦合性能的影響；製備了1-3型水泥基壓電複合材料，研究了PZT-51壓電纖維體積含量對1-3型水泥基複合材料壓電性、介電性及機電耦合性能的影響；提出了0-3-1型水泥基壓電複合材料的概念,並製備0-3-1型水泥基壓電複合材料，對比了其與0-3型水泥基壓電複合材料性能的差別。在高性能水泥基複合材料方面，製備了抗折強度為21MPa、抗壓強度為120MPa的活性粉末混凝土。此外，本項目還套用Simplorer軟體分析了水泥基壓電複合材料的能量收集效果；研究了壓電堆的集能理論以及壓電聚合物的製備方法，發現了摻雜碳納米管可以提高壓電複合薄膜的壓電性能，並探討了其機理。
