北京理工大學(xué)李營(yíng)團(tuán)隊(duì)研究了一種新型的柔性壓電陶瓷復(fù)合材料 (FPCCs)，旨在解決 FPCCs 制備精度低和難以同時(shí)提升壓電性能和柔韌性的問(wèn)題。首先通過(guò)配置柔性樹脂基體和采用表面功能化處理壓電陶瓷顆粒，實(shí)現(xiàn)了 FPCCs 柔韌性和壓電性能的協(xié)同提升。其次，團(tuán)隊(duì)利用nanoArch® S140（精度：10 μm）制備了體心立方(BCC)結(jié)構(gòu)，添加了不影響壓電性能的光吸收劑 TiO2，顯著提高了3D打印精度。最終制備的 FPCCs 具有高精度、高柔韌性和良好的壓電性能，為 FPCCs 的多功能應(yīng)用拓展了新的研究方向。

相關(guān)相關(guān)研究以“Synergistic improvement of mechanical and piezoelectric properties of the flexible piezoelectric ceramic composite and its high-precision preparation"為題發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《Ceramics International》上。

圖1. PZT-5H表面功能化處理示意圖。

圖2. (a)由于打印過(guò)程中過(guò)度的紫外線擴(kuò)散而導(dǎo)致的Rex圖。(b)Rex定義示意圖。

圖3. 3D打印制造工藝的原理圖。

圖4. 極化過(guò)程圖。

圖5. PZT-5H和PZT-5H（TMSPM）粒子

圖6. (a)二氧化鈦納米粒子散射和紫外光吸收示意圖。(b)在不添加吸光劑和添加吸光劑二氧化鈦的條件下的樹脂吸光度測(cè)試結(jié)果。(c)在4s的曝光時(shí)間條件下，5 vol% PZT-5H（TMSPM）漿液的固化深度和超寬。(d)在暴露時(shí)間為4s的光照強(qiáng)度下，5 vol% PZT-5H（TMSPM）漿液和添加0.06 wt%二氧化鈦的固化厚度和超寬度的變化。(e)在78.8 mW/cm2的光強(qiáng)下，不添加二氧化鈦和添加0.06 wt%二氧化鈦的5 vol% PZT-5H（TMSPM）漿料的固化厚度和多余寬度隨時(shí)間的變化。(f)在100rmp和150rmp轉(zhuǎn)速下，不同二氧化鈦含量的5 vol% PZT-5H（TMSPM）漿料的粘度比較。

圖7. 不同二氧化鈦添加量下體心立方結(jié)構(gòu)的光學(xué)和電子顯微鏡圖像。(a)體心立方結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)尺寸。(b)用0.06 wt%含tio2的漿液進(jìn)行3D打印制備的結(jié)構(gòu)的電子顯微鏡圖像。(c)由不添加二氧化鈦的漿液和二氧化鈦含量為0.02 wt%、0.04 wt%、0.06 wt%和0.08 wt%的泥漿制備的體心立方結(jié)構(gòu)樣品的光學(xué)和單細(xì)胞電子顯微鏡圖像。

圖8. 機(jī)械性能示意圖（在拉伸速率為500 mm/min時(shí)，壓縮速率為1 mm/min，二氧化鈦含量為0.06 wt%)。(a)使用5 vol% PZT-5H（TMSPM）漿料制備的柔性壓電陶瓷復(fù)合材料的拉伸斷裂圖像和20次循環(huán)拉伸試驗(yàn)圖。(b)使用5 vol% PZT-5H（TMSPM）漿料制備的柔性壓電陶瓷復(fù)合材料的壓縮圖像和20個(gè)循環(huán)壓縮圖。(c)柔性壓電陶瓷復(fù)合材料的拉伸斷裂圖。(d)柔性壓電陶瓷復(fù)合材料的壓縮圖。(e)體心立方三維結(jié)構(gòu)的性能顯示。(f)使用FPCCs的3D打印制備的體心立方晶格結(jié)構(gòu)（體積分?jǐn)?shù)為40 %）的20個(gè)循環(huán)壓縮圖。

圖9. 在5 vol% PZT-5H（TMSPM）條件下，不同極化時(shí)間、極化溫度和極化電壓下的FPCCs中d33的(a)、(b)和(c)變化。(d)添加二氧化鈦對(duì)d33的影響。

圖10. 在25°C下，具有5 vol% PZT-5H（TMSPM）的FPCCs的介電常數(shù)和介電損耗的頻率依賴性。