[00327718]PZT压电纤维及其阵列的制备技术

　　压电纤维及其阵列结构因具有较高的压电应变常数和厚度机电耦合系数、低的机械品质因数和声阻抗等优异性能在传感器、驱动器、超声传感器装置以及汽车、航空等领域有着很大的潜在应用。

　　目前制备压电纤维常用的方法有溶胶-凝胶法、挤压法、纺丝法、拉拔法、机械切割法、基体纤维浸渍法等。如美国Advanced Cerametrics公司采用悬浮磁粉纺丝法制备了横断面尺寸在80～300μm的PZT纤维，但由于该方法使用大量的有机高分子作为载体，导致纤维经热解和烧结后内部有较多空隙，纤维均匀性下降，另外，悬浮体的粘度较大，很难控制直径较小的纤维；Williams等用切割法制备了压电纤维，由于该法是先制备压电陶瓷，再将其切割成纤维，纤维的大小与机械加工先进程度有关，但目前加工纤维横断面尺寸要达到100μm以下有一定难度；Brei等提出采用模板浸渍法制备碳纤维，该法制备的纤维具有一定的强度，纤维直径较细，但纤维极不平直，变形量很大；本大学用溶胶－粉末共混挤压法制备了直径为200-400μm的PZT纤维，此法制备的纤维密度较高，但纤维的粗细受模具的限制，要制备直径为100μm以下的平直纤维是极为困难的。

　　目前压电纤维阵列的获得基本上都是在制备压电纤维的基础上通过排列法得到，这种方法对于粗纤维构成的阵列有效。但对微细纤维，特别是直径小于几百微米的纤维，由于在操作的过程中很容易引起纤维的破损及阵列的混乱，因此采用排列法来得到阵列就显得极为不利。本项目可提供一种PZT压电纤维及用于传感/驱动器件中1-3压电纤维复合材料的制备新方法，且所得纤维具有单一钙钛矿相结构，平直且致密度高，直径为5~100μm，整齐有序，具有高的压电性能。

　　本项目所用的与现有的制备方法相比，具有突出优点：本方法可制备出直径仅在几个微米至几百微米，长度为0。5cm~3cm，平直而致密度高的PZT微细压电纤维，该PZT压电纤维具有单一钙钛矿相结构，表面光滑，具有高的压电性能，能用于传感/驱动器件中1-3压电纤维复合材料的PZT压电纤维；其次，本方法制备出的压电纤维可形成各种阵列结构，且整齐有序，纤维破损少，形成的阵列不需二次排列，一次即可形成。另外，本方法采用的工艺可以精确控制纤维的直径和长度。

　　产品性能、指标

　　PZT压电纤维及其复合材料的特点如下：

　　PZT压电纤维特点：纤维长度为0。5cm~3cm，纤维直径仅在几个微米至几百微米，纤维平直且致密度高，具有单一钙钛矿相结构。

　　压电性能：压电常数d33>100×10-12C/N，介质损耗tanδ＜2%，机械品质因数Qm： 50-500

　　PZT压电纤维可形成各种阵列结构，且整齐有序，纤维破损少，形成的阵列不需二次排列，与环氧树脂等复合形成压电复合材料一次即可形成。

　　适用范围、市场前景

　　PZT压电纤维及其复合材料在高灵敏传感器、驱动器、超声传感器装置以及汽车、航空等领域都有着很大的潜在应用。