一种波纹状压电发电器件的制作方法

一种波纹状压电发电器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电子器件领域，特别涉及一种压电式发电器件。
【背景技术】
[0002]随着微机械加工、微电子以及无线技术的迅速发展，越来越多的便携式电子设备和无线传感器在人类的生产和生活活动中大显身手。然而，在这些电子设备或无线传感器中电池的有限体积严重制约了它们的使用时间。在另一方面，若采集环境中存在的能量或人体运动所产生的能量并将之转换为电能，则可使便携式电子设备或无线传感器供电摆脱电池供电的束缚。由压电材料制备而成压电式发电器件正是一类重要的能量采集器件，它利用正压电效应，可将环境中振动的机械能或人体运动的机械能转换为电能。压电式发电器件具有结构简单，能量密度高，寿命长等优点，为便携式电子设备和无线传感器的长期供能提供了一种有效的解决方案
[0003]在压电式发电器件中，通常压电材料被制备成平板状片形结构，因此整个发电器件可以承受较大的压力或拉力，然而存在的问题是整个发电器件可变形量小和工作频率高等问题，从而制约了压电式发电器件的应用。

【发明内容】

[0004]本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种波纹状压电发电器件。本发明提出的波纹状压电发电结构在拉伸或压缩时，利用压电效应将机械能转化为电能，同时发电器件得波纹状结构类似于机械弹簧的效果因而可以承受较大的形变量。
[0005]本发明的技术方案为:一种波纹状压电发电器件，结构包括:波纹状支持层、波纹状内电极层、波纹状压电层、波纹状外电极层；以波纹状支持层作为压电发电器件的中心层，从波纹状支持层两侧由内向外依次排列波纹状内电极层、波纹状压电层、波纹状外电极层O
[0006]进一步地，构成压电发电器件的各层的波纹轮廓线由圆弧线段或直线段连接而成。
[0007]进一步地，波纹状支持层由含铁的合金或含铜的合金或含钛的合金制备而成，厚度介于I微米至I毫米之间。
[0008]进一步地，波纹状压电层由压电氧化物，或压电复合氧化物、或压电氮化物、压电高分子、或压电复合材料制备而成，厚度介于100纳米至100毫米之间。
[0009]进一步地，波纹状内电极和波纹状外电极由导电率大于100S/m的材料制备而成，厚度介于100纳米至10毫米之间
[0010]进一步地，也可以仅在波纹状支持层的一侧依次排列有波纹状内电极层、波纹状压电层和波纹状外电极，而在波纹状支持层的另一侧不排列任何物质。
[0011]进一步地，当波纹状压电层为压电高分子材料或压电复合材料时可以除去波纹状支持层。
[0012]与现有技术相比，本发明具有的有益效果为:本发明为波纹状的压电发电器，能够应用与压缩或者拉伸的情况，起到类似于机械弹簧的效果，因此与传统平板状片形结构相比，不仅可以承受较大的形变量，而且在压电薄膜上受力均匀，能工作在低频状态。此外，由于本发明结构上的特征，还可以用于能够膨胀收缩球形器件的外壁，大大拓展了压电式能量采集器的应用范围，同时，本发明采用材料厚度较薄，使器件整体呈现柔性性质，可以用于生物医学器件或为植入体内的微电子器件供能。
【附图说明】
[0013]图1本发明有支持层的双层波纹状结构示意图。
[0014]图2本发明有支持层的单层波纹状结构示意图。
[0015]图3本发明无支持层的双层波纹状结构示意图。
[0016]图4本发明无支持层的单层波纹状结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]现结合附图和【具体实施方式】对本发明进一步说明。
[0018]实施例1
[0019]如图1所示，本发明所公开的一种波纹状压电发电器件，包括:波纹状支持层1、波纹状内电极层2、波纹状压电层3、波纹状外电极层4。以波纹状支持层I作为压电发电器件的中心层，从波纹状支持层两侧由内向外依次排列波纹状内电极层2、波纹状压电层3、波纹状外电极层4。
[0020]构成压电发电器件的各层的波纹轮廓线由圆弧线段连接而成。波纹状支持层I由含铁的合金或含铜的合金或含钛的合金制备而成，厚度介于I微米至I毫米之间。波纹状压电层3由压电氧化物，或压电复合氧化物、或压电氮化物制备而成，厚度介于100纳米至100毫米之间。波纹状内电极2和波纹状外电极4由导电率大于100S/m的材料制备而成，厚度介于100纳米至10毫米之间。
[0021]如图2所示，也可以仅在波纹状支持层I的一侧依次排列有波纹状内电极层2、波纹状压电层3和波纹状外电极4，而在波纹状支持层I的另一侧不排列任何物质。
[0022]实施例2
[0023]如图4所示，本发明所公开的一种波纹状压电发电器件，包括:波纹状电极层2、波纹状压电层3、波纹状电极层4。以波纹状压电层3作为压电发电器件的中心层，两侧为波纹状电极层2和波纹状电极层4。
[0024]构成压电发电器件的各层的波纹轮廓线由圆弧线段连接而成。波纹状压电层2由压电高分子材料或压电复合材料制备而成，厚度介于100纳米至100毫米之间。波纹状电极I和波纹状电极3由导电率大于100S/m的材料制备而成，厚度介于100纳米至10毫米之间。
[0025]如图3所示，也可以在波纹状电极层2的两侧由内向外依次排列波纹状压电层3、波纹状电极层4。
[0026]以上结合优选实施方案对本发明进行了描述，但本领域技术人员应该明白，本发明并不局限为上述特定的实施方案，在权利要求书所限定的范围内，在细节和形式上对本发明做出各种变形或修改，均为本发明的保护内容。
【主权项】
1.一种波纹状压电发电器件，其特征在于，结构包括:波纹状支持层、波纹状内电极层、波纹状压电层、波纹状外电极层；以波纹状支持层作为压电发电器件的中心层，从波纹状支持层两侧由内向外依次排列波纹状内电极层、波纹状压电层、波纹状外电极层，所述各层的波纹轮廓线由圆弧线段或直线段连接而成。2.如权利要求1所述的构成压电发电器件，其特征在于，所述波纹状支持层由含铁的合金或含铜的合金或含钛的合金制备而成，厚度介于I微米至I毫米之间。3.如权利要求1所述的构成压电发电器件，其特征在于，波纹状压电层可以是由压电氧化物、压电复合氧化物、压电氮化物、压电高分子、压电复合材料制备而成，厚度介于100纳米至100毫米之间。4.如权利要求1所述的构成压电发电器件，其特征在于，波纹状内电极和波纹状外电极由导电率大于100 S/m的材料制备而成，厚度介于100纳米至10毫米之间。5.如权利要求1所述的构成压电发电器件，其特征在于，所述压电发电器件中，也可以仅在波纹状支持层的一侧依次排列有波纹状内电极层、波纹状压电层和波纹状外电极，而在波纹状支持层的另一侧不排列任何物质。6.如权利要求1所述的构成压电发电器件，其特征在于，当波纹状压电层为压电高分子材料或压电复合材料时，可以除去波纹状支持层。
【专利摘要】本发明公开了一种波纹状压电发电器件，结构包括：波纹状支持层、波纹状内电极层、波纹状压电层、波纹状外电极层；以波纹状支持层作为压电发电器件的中心层，从波纹状支持层两侧由内向外依次排列波纹状内电极层、波纹状压电层、波纹状外电极层。本发明能很好解决传统发电器件可变形量小和工作频率高等问题，大大拓展了压电式能量采集器件的应用范围。
【IPC分类】H01L41/047, H01L41/113
【公开号】CN104882537
【申请号】CN201510157108
【发明人】曹自平, 王楚, 丁旭东, 朱洪波
【申请人】南京邮电大学, 南京盛亿科技有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年4月5日