[发明专利]一种压电陶瓷-沥青复合压电材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合压电材料及其制备方法。

背景技术

目前，我国能源消费水平逐年增长，尽管能源结构不断优化，但能耗整体水平仍然偏高，能源结构有待进一步改善。与此同时，我国能源资源有限，能源对外依赖度较高，能源瓶颈制约愈加突出。目前我国的能源主要来自于石油、煤炭等不可再生资源。

潜在可用的新型能源包括：太阳能、风能和地热等。丰富的太阳能是取之不尽、无污染、可无限利用的资源。但是目前一次性投资成本太高，成本回收期太长，据估计其回收期为20~30年，另外技术复杂，占地面积大、光电转化率低等。对于风能，其电转化率较高，风能资源量大，但是优质的风资源并不多，陆地上的风能在距地面一定的高度才有较优质的风资源，最重要的是不稳定、连续性差和时空分布不均，往往出现发电多的地方用电量较小和春、冬天发电多而用电少的特点。还有地热、虽然其具有稳定性和连续性的特点，但是可利用性差、维修成本高等特点，限制其进一步的应用。相对于这些方式，它同样是清洁能源，并且具有长寿命、低维修成本的特点；其次，对于我国汽车保有量和公路建设发展迅猛。我国已成为汽车大国，仅次于美国，2010年的汽车销量预计约1700万辆，销量增长速度惊人；同时公路建设迅速发展，到2020年公路网总里程将达到300万公里。此外，随着城市规模及城市交通的快速发展，各种交通工具所产生的振动强度越来越大，范围越来越广，具有可广泛利用的振动能源。其产生的电能可以用于交通设施基础的供电，以及为局部的居民供电，更重要的是在突发的天灾面前，人们缺水缺电的状况可以改变，可以尽早的恢复通讯、供水等。

当车辆行驶经过路面时，通过压电陶瓷路面材料将动能转变为可利用的电能。其除了在公路上使用，同样也用于铁路、机场和车流量大的停车场，甚至人流量大的广场上。

压电材料掺入路面材料中，制作成压电型路面材料，在满足交通功能的基础上进行发电，并可以收集到可观的电量，用于路面附属设施用电和电车的充电。利用路面的振动和变形可以实现高效、清洁能源的生产，还可以减小路面的振动和变形，延长路面的使用功能和寿命。此外，压电式振动发电是一种绿色环保技术，能够满足环境自适应供电的要求，具有长寿命、免维护等优点，应用前景广阔。但是现有的压电材料和沥青路面的兼容性差的问题，易导致路面的开裂和损坏。

发明内容

本发明的目的是要解决现有的压电材料和沥青路面的兼容性差的问题，而提供一种压电陶瓷-沥青复合压电材料及其制备方法。

一种压电陶瓷-沥青复合压电材料按重量份数由20~60份沥青、312~624份压电陶瓷粉和0~10份沥青改性剂制备而成。

一种压电陶瓷-沥青复合压电材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：一、准备材料：首先按重量份数称取20~60份沥青、312~624份压电陶瓷粉和0~10份沥青改性剂备用；二、压电陶瓷粉的预处理：在搅拌速度为60rpm~80rpm下将步骤一准备的312~624份压电陶瓷粉搅拌2min~5min，然后从室温加热至110~160℃，即得到预处理后压电陶瓷粉；三、混料：首先将步骤一称取的20~60份沥青从室温加热至110~160℃，然后加入步骤一称取的0~10份沥青改性，并在温度为110~160℃和搅拌速度为120rpm~180rpm加热搅拌2min~5min，再加入步骤二得到预处理后压电陶瓷粉，先在搅拌速度为60rpm~80rpm下搅拌2min~5min，然后在搅拌速度为100rpm~140rpm搅拌2min~5min，即得到混合物料；四、成型：首先将步骤三得到的混合物料注入模具中，然后在温度为30℃~120℃下采用振动压实成型法或压实成型法进行成型处理，成型处理后先冷却至室温，再拆除模具，即得到成型材料，然后对成型材料表面进行抛光处理，即得到压电陶瓷-沥青复合压电材料。

本发明优点：一、本发明突破现有基体物质的类型的限制，制备出一种用于路面机械能收集的复合压电材料，本发明提出的利用压电陶瓷沥青复合压电材料将路面废弃的能量转化成电能；二、通过压电陶瓷路面材料将机械能转变为可利用的电能是一种新型能源，为解决道路的附属设施，尤其是边远地区和长途道路信号标识和信号灯等用电设施的供电，对已建道路工程进行改造和新建道路直接铺装可为路政设施提供新型的清洁能源，并具有显著的经济效益和社会价值，但是现有的压电材料和沥青路面的兼容性差的问题，易导致路面的开裂和损坏，而本发明制备的压电陶瓷-沥青复合压电材料具有和沥青路面相匹配的弹性模量，可用其直接铺设路面，克服了原有压电材料的缺点。

具体实施方式