[發明專利]一種壓電陶瓷-瀝青復合壓電材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201210583562.4
• 申請日: 2012-12-28
• 公開（公告）號: CN103011695A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 譚憶秋;呂建福;鐘勇
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C04B26/26
• 分類號: C04B26/26
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 高會會

技術領域

本發明涉及一種復合壓電材料及其制備方法。

背景技術

目前，我國能源消費水平逐年增長，盡管能源結構不斷優化，但能耗整體水平仍然偏高，能源結構有待進一步改善。與此同時，我國能源資源有限，能源對外依賴度較高，能源瓶頸制約愈加突出。目前我國的能源主要來自于石油、煤炭等不可再生資源。

潛在可用的新型能源包括：太陽能、風能和地熱等。豐富的太陽能是取之不盡、無污染、可無限利用的資源。但是目前一次性投資成本太高，成本回收期太長，據估計其回收期為20~30年，另外技術復雜，占地面積大、光電轉化率低等。對于風能，其電轉化率較高，風能資源量大，但是優質的風資源并不多，陸地上的風能在距地面一定的高度才有較優質的風資源，最重要的是不穩定、連續性差和時空分布不均，往往出現發電多的地方用電量較小和春、冬天發電多而用電少的特點。還有地熱、雖然其具有穩定性和連續性的特點，但是可利用性差、維修成本高等特點，限制其進一步的應用。相對于這些方式，它同樣是清潔能源，并且具有長壽命、低維修成本的特點；其次，對于我國汽車保有量和公路建設發展迅猛。我國已成為汽車大國，僅次于美國，2010年的汽車銷量預計約1700萬輛，銷量增長速度驚人；同時公路建設迅速發展，到2020年公路網總里程將達到300萬公里。此外，隨著城市規模及城市交通的快速發展，各種交通工具所產生的振動強度越來越大，范圍越來越廣，具有可廣泛利用的振動能源。其產生的電能可以用于交通設施基礎的供電，以及為局部的居民供電，更重要的是在突發的天災面前，人們缺水缺電的狀況可以改變，可以盡早的恢復通訊、供水等。

當車輛行駛經過路面時，通過壓電陶瓷路面材料將動能轉變為可利用的電能。其除了在公路上使用，同樣也用于鐵路、機場和車流量大的停車場，甚至人流量大的廣場上。

壓電材料摻入路面材料中，制作成壓電型路面材料，在滿足交通功能的基礎上進行發電，并可以收集到可觀的電量，用于路面附屬設施用電和電車的充電。利用路面的振動和變形可以實現高效、清潔能源的生產，還可以減小路面的振動和變形，延長路面的使用功能和壽命。此外，壓電式振動發電是一種綠色環保技術，能夠滿足環境自適應供電的要求，具有長壽命、免維護等優點，應用前景廣闊。但是現有的壓電材料和瀝青路面的兼容性差的問題，易導致路面的開裂和損壞。

發明內容

本發明的目的是要解決現有的壓電材料和瀝青路面的兼容性差的問題，而提供一種壓電陶瓷-瀝青復合壓電材料及其制備方法。

一種壓電陶瓷-瀝青復合壓電材料按重量份數由20~60份瀝青、312~624份壓電陶瓷粉和0~10份瀝青改性劑制備而成。

一種壓電陶瓷-瀝青復合壓電材料的制備方法，具體是按以下步驟完成的：一、準備材料：首先按重量份數稱取20~60份瀝青、312~624份壓電陶瓷粉和0~10份瀝青改性劑備用；二、壓電陶瓷粉的預處理：在攪拌速度為60rpm~80rpm下將步驟一準備的312~624份壓電陶瓷粉攪拌2min~5min，然后從室溫加熱至110~160℃，即得到預處理后壓電陶瓷粉；三、混料：首先將步驟一稱取的20~60份瀝青從室溫加熱至110~160℃，然后加入步驟一稱取的0~10份瀝青改性，并在溫度為110~160℃和攪拌速度為120rpm~180rpm加熱攪拌2min~5min，再加入步驟二得到預處理后壓電陶瓷粉，先在攪拌速度為60rpm~80rpm下攪拌2min~5min，然后在攪拌速度為100rpm~140rpm攪拌2min~5min，即得到混合物料；四、成型：首先將步驟三得到的混合物料注入模具中，然后在溫度為30℃~120℃下采用振動壓實成型法或壓實成型法進行成型處理，成型處理后先冷卻至室溫，再拆除模具，即得到成型材料，然后對成型材料表面進行拋光處理，即得到壓電陶瓷-瀝青復合壓電材料。

本發明優點：一、本發明突破現有基體物質的類型的限制，制備出一種用于路面機械能收集的復合壓電材料，本發明提出的利用壓電陶瓷瀝青復合壓電材料將路面廢棄的能量轉化成電能；二、通過壓電陶瓷路面材料將機械能轉變為可利用的電能是一種新型能源，為解決道路的附屬設施，尤其是邊遠地區和長途道路信號標識和信號燈等用電設施的供電，對已建道路工程進行改造和新建道路直接鋪裝可為路政設施提供新型的清潔能源，并具有顯著的經濟效益和社會價值，但是現有的壓電材料和瀝青路面的兼容性差的問題，易導致路面的開裂和損壞，而本發明制備的壓電陶瓷-瀝青復合壓電材料具有和瀝青路面相匹配的彈性模量，可用其直接鋪設路面，克服了原有壓電材料的缺點。

具體實施方式