[发明专利]一种基于无铅压电陶瓷的可发电减速带

说明书

技术领域

本发明属于电子陶瓷材料应用领域，具体涉及一种基于无铅压电陶瓷的可发电减速带。

背景技术

能源和环境是21世纪人类所关注的最重要的两大主题。随着经济的发展，煤、石油等化石能源资源因不断消耗而日益减少，世界各国都在大力发展各种可再生能源，希望能够将环境中可以回收利用的能量进行收集和转换。一方面人们对能源的质量要求不断提高；另一方面人们的环保意识也日益增强，加之长期使用化石能源带来的一系列环境问题日益突出，对清洁、环保、可靠、廉价的新能源研究与利用已成为热点。

近年来利用压电材料进行能量收集的技术方法越来越受到人们关注。使用压电材料制作的压电发电装置具有环保、结构简单，成本低，易于实现等优点。但目前常见的压电材料往往含铅，制作过程未能满足环保需求。如锆钛酸铅(PZT)是目前市场上常用于传感器和转换器的压电材料，但其含有有毒元素铅对环境和人体有害，因此迫切需要开发无铅压电材料来替代含铅压电材料。另外，机械振动能普遍存在于我们的日常生活环境中，道路、桥梁、车辆、机床等各种生产或生活设备中都存在机械振动能量。如何将振动能通过压电效应转换为电能并加以利用，是近年来的一个技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于无铅压电陶瓷的可发电减速带，以克服现有技术中的问题，本发明采用无铅压电陶瓷，制成压电振子，再通过整流电路将其产生的电荷转化成直流电压输出，从而达到将汽车通过减速带时的振动能转换成电能，以满足道路信号灯的日常供电需求。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于无铅压电陶瓷的可发电减速带，包括减速带本体，减速带本体的下侧设有若干蜂窝孔，减速带本体的下部连接有绝缘板，绝缘板上固定有若干压电振子，且压电振子置于蜂窝孔中，所述压电振子产生的电量通过整流电路转换输出。

进一步地，所述的压电振子为无铅压电陶瓷材料，所述无铅压电陶瓷的分子式为Ba(Ti_0.8Zr_0.2)O₃-x(Ba_0.7Ca_0.3)TiO₃，其中x＝0.2～0.8，x为摩尔分数。

进一步地，所述的压电振子的制备方法为：

步骤一：按照无铅压电陶瓷的分子式称取原料BaZrO₃、BaCO₃、CaCO₃以及TiO₂，将各原料混合后进行球磨处理得到混合料；

步骤二：将混合料煅烧处理后研磨得到陶瓷粉末A；

步骤三：将陶瓷粉末A进行球磨处理，烘干然后研磨得到陶瓷粉末B；

步骤四：将陶瓷粉末B压成圆柱形，然后进行烧结得到陶瓷柱；

步骤五：将陶瓷柱的两个端面涂银，然后烧制得到压电振子前体；

步骤六：将压电振子前体在直流电场下进行极化处理，即得到压电振子。

进一步地，步骤一中采用无水乙醇作为溶剂进行球磨，球磨时间为3-4h，球磨机转速为45-55r/s。

进一步地，步骤二中煅烧温度为1350℃，时间为3h。

进一步地，步骤三中采用无水乙醇作为溶剂进行球磨，球磨时间为8-9h，球磨机转速为45-55r/s。

进一步地，步骤4中烧结温度为1450℃，时间为3-3.5h。

进一步地，步骤五中涂银厚度为10-20μm，烧制温度为800℃，时间为1h。

进一步地，步骤六中将压电振子前体在800V/mm直流电场下极化处理1小时。

进一步地，压电振子与蜂窝孔之间的间隙浇注有橡胶。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明将生活中常常被我们忽略的汽车通过减速带时的上下振动而释放的机械能，通过压电振子及配套整流电路收集并转换为电能，在道路路口等处实现路面能量的收集过程，是一种适用于道路环境的压电发电技术，为开发新型的绿色能源使用模式提供一个可行的技术方案，以此迎合对清洁能源的需求。

本发明的压电振子采用环境友好的无铅压电材料，对人体无毒性，采用本发明的制备方法，烧结时不需要使用挥发性的铅氛围，大大降低了材料制备过程中的污染与毒性。同时，采用本发明方法制备的压电振子具备比拟传统含铅压电陶瓷锆钛酸铅的压电性能，具有较高的压电转换效率。本发明创新地将压电振子与减速带结合，提供了一种新型的电能收集方法，提高能量利用率。

附图说明

图1为压电振子串并联示意图；