一种ZnO/BaTiO制造技术

本发明专利技术公开一种ZnO/BaTiO

A preparation method of ZnO/BaTiO3 composite, ZnO/BaTiO3 composite and its application

The invention discloses a preparation method of ZnO/BaTiO3 composite and ZnO/BaTiO3 composite materials and application, through the sol coating method, two kinds of piezoelectric composites obtained ZnO/BaTiO3 microspheres, then assembled into a flexible piezoelectric generator, the material with good crystallinity and has good dispersion, then assembled into a flexible piezoelectric generator that can get higher power output; for the piezoelectric generator in the field of material research provides a new idea. ZnO/BaTiO3 composite powder is composed of two kinds of piezoelectric materials. ZnO and BaTiO3 are all wide band gap semiconductors. The heterostructures formed by them can play a positive role in the two piezoelectric properties.

【技术实现步骤摘要】
一种ZnO/BaTiO3复合材料制备方法、ZnO/BaTiO3复合材料及应用
本专利技术涉及复合压电材料制备及应用
，尤其涉及一种ZnO/BaTiO3复合材料制备方法、ZnO/BaTiO3复合材料及应用。
技术介绍
近年来，能源利用问题在人类社会发展中变得日益突出，因此如何通过有效手段将生活中的能量收集起来，并转化为可持续的电能来驱动小范围的电子器件引起了越来越多研究者的关注。而压电发电机是以压电效应为基础，收集多种形式的机械能并将之转化为电能提供给微型功能器件，使其能够自驱动发电，具有构造简单，并且易于小型化，性能稳定的优点，受到了研究者的广泛关注。钛酸钡(BaTiO3)材料本身具有优良的介电性能、压电性能和铁电性能，因此多被用于传感器、热敏电阻、光电器件等。目前，随着现代工业的迅速发展，不论是在电子产业领域或新能源材料领域，市场对钛酸钡的需求量及性能要求都日益增长。氧化锌(ZnO)材料是一种新型的宽带隙半导体，其具有的半导体和压电耦合特性，使其成为制备压电器件的重要材料，目前已有很多研究人员用氧化锌制备出了多种结构的压电发电机和压电传感器。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术不足，提供一种ZnO/BaTiO3复合压电材料制备方法以及该复合压电材料的应用。本专利技术的第一种技术方案是：一种ZnO/BaTiO3复合材料制备方法，包括如下步骤：(1)、将0.32gTiO2粉末A加入到40mL去离子水中混合均匀得到溶液B，再将2.52gBa(OH)2·8H2O加入40mL的去离子水中混合均匀得到溶液C，将溶液B倒入溶液C中，磁力搅拌均匀，再将所得混合液(Ba/Ti摩尔比＝2:1)加入100mL的水热釜在90℃下加热6h，后经离心、洗涤、烘干后再进行2h，800℃的热处理后得到微米级球状BaTiO3晶体粉末；(2)、将0.6mol/L的醋酸锌加入100mL的乙二醇甲醚中，磁力搅拌0.5h后，向溶液中滴入2.86ml单乙醇胺，磁力搅拌2h，静置得到ZnO溶胶；(3)、取0.1g的BaTiO3和10mlZnO溶胶通过超声混合包覆2-5次，烘干后进行2h、450°热处理，后将热处理得到的产物置于由六水合硝酸锌和六次甲基四胺混合制备的生长液中恒温水浴70-90℃加热4h，将产物离心、洗涤后最终得到ZnO/BaTiO3复合粉体。本专利技术的第二个技术方案是采用上述方法制备的ZnO/BaTiO3复合材料，具有分级结构，由微球和表面分布的棒状颗粒组成，微球粒径范围在700±10nm。本专利技术的第三个技术方案是采用上述方法制备的ZnO/BaTiO3复合材料的应用，通过自组装的形式分散在柔性PET-ITO基底上，之后用聚二甲基硅氧烷旋涂在其表面来对上基底进行粘合；具体如下：(1)、取制备的ZnO/BaTiO3粉体加入50mL去离子水中超声30min以混合均匀得到混合液A；(2)、在混合液A中加入10mL正己烷，待其完全铺展开后，滴入20mL乙醇并缓慢搅动，在水和正己烷表面会形成一层自组装的ZnO/BaTiO3膜；(3)、用提拉的方式将ZnO/BaTiO3膜转移到已旋涂有聚二甲基硅氧烷的柔性PET-ITO基底上，再将聚二甲基硅氧烷通过匀胶机旋涂于ZnO/BaTiO3膜上，之后粘合PET-ITO基底制成柔性压电发电机。所述步骤(1)中ZnO/BaTiO3粉体复合粉体与所述步骤(3)中聚二甲基硅氧烷的质量比为3:25。有益效果1、本专利技术通过溶胶包覆法，将两种压电材料复合得到ZnO/BaTiO3微球，该材料结晶良好且具有较好的分散性，将其组装成柔性压电发电机，能够得到较高的电输出；为压电发电机领域在研究选材方面提供了新思路。2、ZnO/BaTiO3复合粉体为两种压电材料复合而成，ZnO和BaTiO3均为宽带隙半导体，其形成的异质结构可以对二者的压电性能起到积极的作用。附图说明图1是实施例1中ZnO/BaTiO3复合粉体的扫描电子显微镜图；图2是实施例1中ZnO/BaTiO3复合粉体的高倍扫描电子显微镜图；图3是实施例1中ZnO/BaTiO3复合粉体的XRD图；图4为实施例1制得的柔性压电发电机在一定压力下的电流脉冲输出；图5为实施例1制得的柔性压电发电机在一定压力下的电压脉冲输出。图6为实施例2中ZnO/BaTiO3复合粉体的扫描电子显微镜图；图7为实施例3中ZnO/BaTiO3复合粉体的扫描电子显微镜图；图8为对比实施例1中ZnO/BaTiO3复合粉体的扫描电子显微镜图。具体实施方式下面通过具体实施例和附图对本专利技术作进一步的说明。本专利技术的实施例是为了使本领域的技术人员更好地理解本专利技术，并不对本专利技术作任何的限制。实施例1一种ZnO/BaTiO3复合材料制备方法及应用，具体如下：(1)、将0.32g自制的TiO2粉末加入到40mL去离子水中混合均匀得到溶液A，再将2.52gBa(OH)2·8H2O加入40mL的去离子水中混合均匀得到溶液B，将溶液A倒入溶液B中，磁力搅拌均匀，再将所得混合液(Ba/Ti摩尔比＝2:1)加入100mL的水热釜在90℃下加热6h，后经离心、洗涤、烘干后再进行2h，800℃的热处理后得到微米级球状BaTiO3晶体粉末；(2)、将0.6mol/L的醋酸锌加入100ml的乙二醇甲醚中，磁力搅拌0.5h后向溶液中滴入2.86ml单乙醇胺，磁力搅拌2h后静置，得到ZnO溶胶；(3)、取0.1g的BaTiO3和10mlZnO溶胶通过超声混合包覆2次，烘干后进行2h、450°热处理得到产物C，后将产物C置于由六水合硝酸锌和六次甲基四胺混合制备的生长液D中90°水浴加热4h，将产物离心、洗涤后最终得到ZnO/BaTiO3复合粉体；(4)、取0.15g制备的ZnO/BaTiO3粉体加入50mL去离子水中超声30min以混合均匀得到混合液A；(5)、在混合液A中加入10mL正己烷，待其完全铺展开后，滴入20mL乙醇并缓慢搅动，在水和正己烷表面会形成一层自组装的ZnO/BaTiO3膜；(6)、用提拉的方式将ZnO/BaTiO3膜转移到已旋涂有聚二甲基硅氧烷的柔性PET-ITO基底上，再将1.25g聚二甲基硅氧烷通过匀胶机旋涂于ZnO/BaTiO3膜上，之后粘合上基底制成柔性压电发电机，将制备好的发电机在85℃、电场强度为2.77kV/mm下极化30min。之后用于按压模式下的电压、电流输出测试。图1为实施例1得到的ZnO/BaTiO3复合粉体的扫描电子显微镜图，复合粉体中微球表现出现明显的颗粒凸起，球体粒径在700±10nm；图2为实施例1得到ZnO/BaTiO3复合粉体的高倍扫描电子显微镜图；图3是实施例1中ZnO/BaTiO3复合粉体的XRD图，可以看出制备的粉体为BaTiO3和ZnO的复合产物，其峰窄、峰形尖锐且强度高，表明晶体结构完整，且没有杂峰。图4为实施例1制得的柔性发电机在一定压力下的电流脉冲输出；图5为实施例1制得的柔性发电机在一定压力下的电压脉冲输出。实施例2(1)、将0.32g自制的TiO2前驱体粉末加入到40mL去离子水中混合均匀得到溶液A，再将2.52gBa(OH)2·8H2O加入40mL的去离子水中混合均匀得到溶液B，将溶液A倒入溶液B中，磁力搅拌均匀，再将所得混合液(Ba/Ti摩尔比＝2:1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ZnO/BaTiO3复合材料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)、将0.32g TiO2粉末A加入到40mL去离子水中混合均匀得到溶液B，再将2.52g Ba(OH)2·8H2O加入40mL的去离子水中混合均匀得到溶液C，将溶液B倒入溶液C中，磁力搅拌均匀，再将所得混合液(Ba/Ti摩尔比＝2:1)加入100mL的水热釜在90℃下加热6h，后经离心、洗涤、烘干后再进行2h，800℃的热处理后得到微米级球状BaTiO3晶体粉末；(2)、将0.6mol/L的醋酸锌加入100mL的乙二醇甲醚中，磁力搅拌0.5h后，向溶液中滴入2.86ml单乙醇胺，磁力搅拌2h，静置得到ZnO溶胶；(3)、取0.1g的BaTiO3和10ml ZnO溶胶通过超声混合包覆2‑5次，烘干后进行2h、450°热处理，后将热处理得到的产物置于由六水合硝酸锌和六次甲基四胺混合制备的生长液中恒温水浴70‑90℃加热4h，将产物离心、洗涤后最终得到ZnO/BaTiO3复合粉体。

【技术特征摘要】
1.一种ZnO/BaTiO3复合材料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)、将0.32gTiO2粉末A加入到40mL去离子水中混合均匀得到溶液B，再将2.52gBa(OH)2·8H2O加入40mL的去离子水中混合均匀得到溶液C，将溶液B倒入溶液C中，磁力搅拌均匀，再将所得混合液(Ba/Ti摩尔比＝2:1)加入100mL的水热釜在90℃下加热6h，后经离心、洗涤、烘干后再进行2h，800℃的热处理后得到微米级球状BaTiO3晶体粉末；(2)、将0.6mol/L的醋酸锌加入100mL的乙二醇甲醚中，磁力搅拌0.5h后，向溶液中滴入2.86ml单乙醇胺，磁力搅拌2h，静置得到ZnO溶胶；(3)、取0.1g的BaTiO3和10mlZnO溶胶通过超声混合包覆2-5次，烘干后进行2h、450°热处理，后将热处理得到的产物置于由六水合硝酸锌和六次甲基四胺混合制备的生长液中恒温水浴70-90℃加热4h，将产物离心、洗涤后最终得到ZnO/BaTiO3复合粉体。2.一种采用权利要求1所述的方法制备的Zn...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵巍，刘念奇，荣嘉诚，
申请(专利权)人：天津城建大学，
类型：发明
国别省市：天津,12