1．目的及意义

压电材料利用压电效应可将环境中不被利用的机械能如噪声、振动、人体运动等转化为电能，被称为压电俘能^[1-3]。压电俘能因具有能量密度高、抗电磁干扰、功率输出稳定等优点，可代替化学电池为微电子设备供电，在柔性可穿戴领域中为实现器件的自供电有着广阔的应用前景^[4]。

柔性压电能量采集器主要通过以下三种途径实现：一是利用PVDF压电薄膜自身柔性的特点直接制备柔性压电能量收集器，但这些压电材料的压电性能比较差，输出功率普遍比较低^[5]；二是将压电材料与柔性聚合物材料混合得到复合压电材料，但由于其较低的压电性能和弱机械耦合性能而限制了其实际应用^[6]；三是将压电薄膜材料制备在聚合物柔性基底上^[7]，但压电陶瓷材料的高结晶温度(≥600℃)是聚合物基板所不能承受的，这是在聚合物柔性基底上直接制备压电陶瓷材料不可避免的问题，所以研究人员多采用衬底转移的方式来制备柔性压电薄膜。

当前，衬底转移方式主要有化学机械抛光法(CMP)、激光剥离法(LLO)、可控剥离法(CST)等，Lee H Y等利用化学机械抛光工艺将单晶PMN-PZT减薄到10μm，并将其转移到柔性PET基底上制备了柔性压电能量采集器，其开路电压和短路电流能达到45V和5.8μA^[4]。Park K I等使用Sol-Gel法在蓝宝石基底上制备了PZT薄膜，并在其表面覆盖一层柔性PET基底，然后通过激光剥离技术将PZT连同PET基底一起剥离下来制备了柔性压电能量采集器，该能量采集器短路电流能够达到80μA^[5]。Geon TaeHwang等在将PMN-PT减薄到8.4μm后，通过在薄膜表面电镀镍应力层，利用可控剥离技术剥离下薄膜并将其转移到柔性PET基底从而制备得到压电俘能器件。该柔性压电能量采集器能产生高达8.2V的输出电压和223μA的输出电流^[6]。虽然采用衬底转移的方式可以制备出较高性能的柔性压电能量采集器，但进行这些步骤大都需要高成本的设备，不适用于批量生产，这也是本研究致力于开发一种简单的方法来制备PZT/聚合物柔性压电能量采集器的重要原因之一。

石墨烯是由碳原子以sp²杂化组成六角型晶格的新型二维碳材料，常温下单层石墨烯电子迁移率超过15000cm²/(v·s)，导电性可达10⁸ S/m。Novoselov等^[13]首次采用微机械剥离法从石墨中制备石墨烯并因此获得2010年诺贝尔物理学奖。Wang等^[13]采用高温热压成型技术，将氧化石墨烯粉末制备成不同厚度的柔性宏观石墨烯（简称LG），LG同时兼具柔性、导电性与耐高温（1500℃以上）的性能，满足柔性压电能量采集器对衬底的要求。

锆钛酸铅（PZT）因其高压电性，是当前应用最广泛的压电材料，将高压电性PZT与柔性衬底石墨烯复合有望成为制备PZT/聚合物柔性压电能量采集器的一种简单的方法，由于石墨烯与PZT表面疏水性不同，柔性石墨烯电极不能与PZT压电材料良好结合，而对石墨烯/PZT异质膜的界面进行修饰是解决此问题的关键。因此，本课题拟采用施加过渡层的方法，在PZT与石墨烯间增加一层金属进行界面修饰，掌握金属种类与厚度对石墨烯/PZT的结合状态的影响规律，从而获得界面结合良好的石墨烯/PZT异质膜。

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2. 研究的基本内容与方案

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2.1 基本内容

1、研究不同金属修饰石墨烯/PZT异质膜界面的制备工艺

引入不同金属修饰层（Ni、Pt等），采用磁控溅射或真空蒸镀的方式制备不同种类、不同厚度的金属修饰层，优化制备工艺，获得界面结合良好的石墨烯/PZT异质膜。

2、研究不同金属修饰对PZT压电薄膜性能影响

对所得石墨烯/PZT异质膜进行结构表征和电化学性能测试，重点观测金属修饰层的引入对PZT晶型与压电性能的影响。