[發(fā)明專(zhuān)利]一種提高熱釋電復(fù)合陶瓷材料能量密度的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911154752.2
• 申請(qǐng)日: 2019-11-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110937893B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈孟;姜?jiǎng)倭?/a>;張光祖
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華中科技大學(xué);深圳華中科技大學(xué)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): C04B35/475
• 分類(lèi)號(hào): C04B35/475;C04B35/622;C04B35/64;H01L35/34;H01L35/18;H01L35/22
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專(zhuān)利中心 42201
• 代理人: 彭翠;李智

本發(fā)明屬于熱釋電能量收集領(lǐng)域，更具體地，涉及一種提高熱釋電復(fù)合陶瓷材料能量密度的方法。本發(fā)明提供了一種提高熱釋電復(fù)合陶瓷材料能量密度的方法，其通過(guò)在熱釋電陶瓷材料中引入高熱導(dǎo)率半導(dǎo)體材料，利用半導(dǎo)體材料的電荷補(bǔ)償效應(yīng)來(lái)調(diào)控自由電荷的傳輸從而提高復(fù)合陶瓷材料的熱釋電系數(shù)，同時(shí)半導(dǎo)體材料的高熱導(dǎo)率提升了復(fù)合陶瓷的溫度變化率，從而提高該復(fù)合陶瓷材料的能量密度，由此解決現(xiàn)有技術(shù)制備表面形狀復(fù)雜的熱釋電陶瓷工藝復(fù)雜，成本高，難以與無(wú)源器件的應(yīng)用需求相兼容等的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于熱釋電能量收集領(lǐng)域，更具體地，涉及一種提高熱釋電復(fù)合陶瓷材料能量密度的方法。

背景技術(shù)

熱釋電能量收集能夠?qū)h(huán)境中廣泛存在的廢熱轉(zhuǎn)換為電能，供電于可穿戴電子設(shè)備、植入性醫(yī)療器械、無(wú)源傳感器等。熱釋電能量收集一個(gè)周期輸出的能量密度表達(dá)式如下：

其中，A，d，R，p，dT/dt分別為熱釋電陶瓷的電極面積，厚度，負(fù)載電阻值，熱釋電系數(shù)，溫度變化率。由于A，d，R為確定值，熱釋電能量密度的大小取決于熱釋電系數(shù)及溫度變化率。

為提升熱釋電能量收集的能量密度，一方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)在熱釋電陶瓷中構(gòu)建準(zhǔn)同型相界、鐵電-反鐵電相變、極性納米微區(qū)等來(lái)提升陶瓷的熱釋電系數(shù)；另一方面，研究者將熱釋電陶瓷表面制備成網(wǎng)孔狀、條狀、帶狀、渦旋狀等復(fù)雜的形狀來(lái)提升其溫度變化率。然而，制備表面形狀復(fù)雜的熱釋電陶瓷工藝復(fù)雜，成本高，難以與無(wú)源器件的應(yīng)用需求相兼容。因此，提高熱釋電陶瓷能量密度的關(guān)鍵在于開(kāi)發(fā)出同時(shí)具有高熱釋電系數(shù)及溫度變化率的鐵電材料。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種提高熱釋電復(fù)合陶瓷材料能量密度的方法，其通過(guò)在熱釋電復(fù)合陶瓷材料中引入高熱導(dǎo)率第二相物質(zhì)，利用第二相物質(zhì)的電荷補(bǔ)償效應(yīng)來(lái)調(diào)控自由電荷的傳輸從而提高該復(fù)合陶瓷材料的熱釋電系數(shù)，同時(shí)第二相物質(zhì)的高熱導(dǎo)率提升了復(fù)合陶瓷的溫度變化率，從而提高該復(fù)合陶瓷材料的能量密度，由此解決現(xiàn)有技術(shù)制備表面形狀復(fù)雜的熱釋電陶瓷工藝復(fù)雜，成本高，難以與無(wú)源器件的應(yīng)用需求相兼容等的技術(shù)問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種提高熱釋電復(fù)合陶瓷材料能量密度的方法，在熱釋電復(fù)合陶瓷材料中引入第二相物質(zhì)，該第二相物質(zhì)的熱導(dǎo)率大于25W m^-1℃^-1，且具有電荷補(bǔ)償效應(yīng)；利用該第二相物質(zhì)的電荷補(bǔ)償效應(yīng)加快所述熱釋電復(fù)合陶瓷材料自由電荷的傳輸來(lái)提高該復(fù)合陶瓷材料的熱釋電系數(shù)，同時(shí)該第二相物質(zhì)的高熱導(dǎo)率能夠提升該復(fù)合陶瓷材料的溫度變化率，從而使得該復(fù)合陶瓷材料的能量密度提升。

優(yōu)選地，所述的方法，包括如下步驟：

(1)將熱釋電復(fù)合陶瓷材料與第二相物質(zhì)以粉體形式充分混合，得到粉體混合物；

(2)將步驟(1)獲得的粉體混合物烘干后過(guò)篩，造粒、壓片并制成陶瓷坯體；

(3)將步驟(2)得到的陶瓷坯體進(jìn)行燒結(jié)，冷卻后得到能量密度提高的熱釋電陶瓷復(fù)合材料。

優(yōu)選地，所述熱釋電復(fù)合陶瓷材料為0.94Na_0.56-xBi_0.48+x/3TiO₃-0.06BaZr_0.2Ti_0.8O₃，其中0≤x≤0.1。

優(yōu)選地，所述粉體混合物中第二相物質(zhì)的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)不大于0.3％。

優(yōu)選地，所述第二相物質(zhì)為氮化鋁、氧化鋅、碳化硅和氮化鎵中的一種或多種。

優(yōu)選地，步驟(1)將熱釋電復(fù)合陶瓷材料與第二相物質(zhì)以粉體形式采用球磨混合，球磨4～6小時(shí)，得到所述粉體混合物。