[发明专利]一种用于压电发电沥青混凝土的核壳结构材料及制备方法

说明书

本发明提供了一种用于压电发电沥青混凝土的核壳结构材料及制备方法。将聚苯乙烯微球的无水乙醇悬浊液，滴入氢氧化钡水溶液和钛酸四丁酯乙醇溶液的混合液中，得到混合流体，在高压反应釜水热反应制得聚苯乙烯/钛酸钡复合微球，加入引发剂、偶联剂、表面活性剂和含有导电粒子的聚氨酯预聚体的混合溶液，进行紫外光固化反应，制得用于压电发电沥青混凝土的核壳结构材料。该方法通过形成具有弹性和柔韧性好的双层核壳结构的微球，在较小的压应力下可产生较大的应变，压电性能好，掺杂的导电粒子提高了发电效率和效果，产品性能优异，可广泛用于压电发电沥青混凝土中。

技术领域

本发明涉及压电材料领域，具体涉及压电发电材料的制备，特别是涉及一种用于压电发电沥青混凝土的核壳结构材料及制备方法。

背景技术

随着环境资源的枯竭，能量的回收再利用得到整个社会的重视。近年来我国公路里程和机动车保有量急速增加，道路在车辆荷载的频繁作用下内部积存了大量的机械振动能。因此，开发出一种可将道路内部机械应变能转化为电能的发电路面得到越来越多人的关注。

压电材料作为一种在荷载作用下可产生电荷的功能转换型材料，随着对其性能和应用研究的日趋深入，基于压电材料压电效应开发的压电换能器实现了机械应变能到电能的转换，但是基于压电换能器的发电路面存在对原路面结构损害大、造价高、施工复杂、应用推广困难等缺陷，如若开发出一种压电材料与路面材料一体化的道路压电发电沥青混凝土，将荷载作用下路面变形产生的机械能直接转化为电能，可较好解决压电元件埋置到路面中时所引起的诸多危害，具有广阔的应用前景。

中国发明专利申请号201010028910.2公开了一种利用正压电效应产生电荷的压电自发电单元。采用传统固相法制备基体为PMnS-PZN-PZT体系的压电陶瓷，在此基础上掺杂铁酸铋，然后根据所需要的电荷量选用不同形状、尺寸和数量的压电陶瓷材料与金属导电材料连接，进行封装做成压电自发电单元或者再将压电自发电单元进行组合，并埋入沥青混凝土路面结构层中，配以能量采集装置、DC-DC变换装置、能量存储装置、电源监测与管理系统、照明装置。

中国发明专利申请号201410209703.5公开了一种利用沥青路面变形进行发电的道路发电装置，包括多个埋设在道路面层内的压电结构单元，压电结构单元包括绝缘外壳、压电片、绝缘拨片、金属传动杆、套管以及弹簧，压电片固连在绝缘外壳的内壁上，绝缘拨片套设并固定连接在金属传动杆上，绝缘拨片设置在压电片上方，金属传动杆的顶端伸出绝缘外壳并具有外凸的承接头，金属传动杆的底端通过弹簧固连在所述绝缘外壳的底部，压电结构单元通过导线连接电源控制箱，电源控制箱连接用电设备。

中国发明专利申请号201710874869.2公开了一种压电式沥青胶砂路面发电材料及其制备方法，由重量份为10~20重量份的沥青胶结料、55~70重量份的集料、2~6重量份的矿粉、6~10重量份的压电微粉、10~25重量份的增塑剂及2~7重量份的增容剂组成，该路面发电材料的柔韧性及抗冲击性能较好，并且路面的发电性能优良，同时制备方法简单。

根据上述，现有方案中用于压电发电沥青混凝土中，压电粉体材料由于所受应力、应变较小，产生电荷较少，致使制备得到的压电发电沥青混凝土发电效果不佳。鉴于此，本发明提出了一种用于压电发电沥青混凝土的核壳结构材料及制备方法，可有效解决上述技术问题。

发明内容

针对目前应用较广的压电沥青混凝土等压电材料中，压电粉体材料存在所受应力、应变较小，产生电荷较少，发电效果较差等问题，本发明提出一种用于压电发电沥青混凝土的核壳结构材料及制备方法，从而有效实现了在较小的压应力作用下产生较大的应变，并且导电性能好，显著改善了发电效果。

本发明涉及的具体技术方案如下：

一种用于压电发电沥青混凝土的核壳结构材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将质量浓度为10~20%氢氧化钡水溶液加入到质量浓度为8~20%钛酸四丁酯乙醇溶液中，搅拌均匀，制得分散液体；