压电/固体电解质复合自修复材料的制备及性能研究

本项目旨在发展一类新型高性能压电/固体电解质复合自修复材料。它的工作原理是：材料遭到破坏时所产生的微裂纹，使得局域应力集中；由于压电效应，压电层产生电输出；导致固体电解质电解，电解产物沉积在应力集中区域，使得裂纹愈合，实现自修复功能。自修复功能使得材料的强度提高，使用寿命延长。和目前常用的内置微胶囊包裹修复剂方式的自修复技术相比，新型自修复复合材料具有以下优点：1.自适应性- - -根据破坏裂纹的变化，调节内部的质量分布。后者主要是就近修复。2.响应速度快；后者受修复剂流动性的限制，修复滞后；3.纯固体、易微型化；后者受胶囊尺寸、体积含量等限制。4.不会改变需修复结构的原有强度；后者内置在原有结构中，降低了原结构强度。5.可拓展性。前者可拓展到采用热电、磁电、光伏打等材料代替压电材料，实现对力、电、热、光、磁等各种破坏条件下的修复。在航空航天、交通运输、军工、建筑、体育等领域有很好的应用前景。

本项目中，我们主要研究了能压电/电解质复合材料的制备和压电-化学耦合性能并探索了其在自修复方面的应用。由压电效应和电化学电解效应的耦合作用而形成的这种效应，被称为压电化学效应。压电化学效应的这一名称在2012年5月才被首次报道[J. Phys. Chem. C, 2012, 116, 13045]。2013年3月, P. Soroushian等人报道了压电化学效应用于器件表面微裂自修复方面的研究结果[J. Intel. Mat. Syst. Str., 2013, 24, 441]。目前国内外关于压电化学效应的研究和应用探索才刚刚起步。. 本工作中，我们制备了各种压电材料，包括伪1-3 复合，压电ZnO纳米线，无铅压电陶瓷和纳米材料等(Acta Phys. Sin. 63, 027701, 2014; Appl. Phys. Lett. 103, 112904, 2013;102,042907,2013; 101,251914,2012; 99,212503, 2011; 99, 011905,2011; J. Alloy Compd. 586, 66, 2014 ), 并将其分别与液体电解质和固体电解质等复合，研究了压电化学效应(Sensors 2013, 13, 367)。并探索了其在自修复功能器件、振动分解水制氢，振动化学催化降解染料废水、振动驱动的化学反应发光（力致发光）等方面的应用(Sensors 2011, 11, 3962; Phys. Status Solidi RRL 6, 469, 2012; Int. J. of Hydrogen Energ. 38, 14915, 2013)。此外，还研究了多铁/电解质等复合材料，通过利用多铁材料的压电、光伏、铁磁等性能，以期实现力、光、电、磁等各种激励诱导化学反应的效果(Smart Mater. Struct. 22, 125014, 2013; J. Appl. Phys. 112, 106102, 2012; 114, 213903, 2013)。我们在国内较早开展了压电/电解质复合材料的研究，本项目的研究可以为压电化学效应材料的后续深入研究和实际器件应用提供理论依据和科学参考。