新型微米級(jí)壓電振動(dòng)能量采集器的制備及測(cè)試.pdf

1、隨著能源的日益緊張，能量收集技術(shù)備受關(guān)注，而微型傳感器的發(fā)展使得能量收集器被廣泛研究。其應(yīng)用領(lǐng)域也呈現(xiàn)多樣化，包括監(jiān)測(cè)傳感器、嵌入式生物傳感器、為機(jī)械設(shè)備傳感器供電、為無(wú)人飛行器供電、為建筑的安全系統(tǒng)供電等等。而對(duì)于室內(nèi)及日常生活、生產(chǎn)而言，振動(dòng)能量收集技術(shù)更具潛力?；诒姸鄬W(xué)者的研究，出現(xiàn)了電磁式振動(dòng)能量采集技術(shù)、靜電式振動(dòng)能量采集技術(shù)、壓電式振動(dòng)能量采集技術(shù)。經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，壓電式振動(dòng)能量采集技術(shù)更適于為微電子器件供電，更易于同MEM

2、S工藝集成，從而實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。
　　通過(guò)對(duì)壓電振動(dòng)能量采集器研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析后得出，現(xiàn)有研究的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制作工藝等存在幾點(diǎn)不足。壓電式振動(dòng)能量采集器的輸出與器件的結(jié)構(gòu)、尺寸和壓電材料有著密切聯(lián)系，而現(xiàn)有的研究的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沒(méi)有章法可循，缺乏理論基礎(chǔ)。尺寸方面，為了追求高輸出導(dǎo)致尺寸過(guò)大，不適于微電子器件。制作工藝方面，很多都是基于傳統(tǒng)機(jī)械加工工藝，甚至手工粘連。
　　為了提高輸出，同時(shí)控制器件的尺寸不至過(guò)大，設(shè)計(jì)了復(fù)合梁結(jié)構(gòu)的壓

3、電振動(dòng)能量采集器。并采用MEMS工藝制備出實(shí)體，各層材料及順序分別為:Si/SiO2/Ti/Pt/PZT/Ti/Pt/Si3N4。為了探索適合于MEMS工藝制備壓電能量采集器的柔性襯底，分別在0.05mm不銹鋼、0.01mm不銹鋼、TC4鈦合金/Ti/Pt、TC4鈦合金/Cu、Si/SiO2/Ti/Pt襯底上制備了PZT薄膜，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果做了檢測(cè)分析。為了檢測(cè)該壓電能量采集器的特性，對(duì)其進(jìn)行表征和改進(jìn)，本文分別檢測(cè)了壓電材料的特性和能量

4、采集器的特性。壓電材料（PZT薄膜）的性能，包括XRD晶相分析、AFM表面形貌分析、介電性能、鐵電性能和壓電性能。測(cè)試結(jié)果顯示，本文制備的PZT薄膜，形成了相對(duì)其他取向具有更好性能的(110)取向的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，且結(jié)構(gòu)致密，沒(méi)有出現(xiàn)明顯缺陷。材料的介電常數(shù)變化規(guī)律正常，最大值為2352，介電損耗最大值僅有0.046;漏電流也非常小，總體小于4×10-9A;鐵電性能方面，剩余極化為Pr=37.037μC/cm2，矯頑電場(chǎng)Ec=27.083K