柔性可拉伸壓電能量收集器設計與應用研究.pdf

1、有源穿戴電子和植入式電子設備都需要進行電源供電，傳統(tǒng)的基于機械振動形式的壓電懸臂梁結構雖然能實現(xiàn)高效的壓電轉換效率，但是很難與現(xiàn)有的柔性電子器件集成。因此，柔性可拉伸壓電能量收集器是柔性電子器件的關鍵組成部分。為了克服無機壓電材料脆性的缺點，本文研究可拉伸蜿蜒結構的叉指電極設計方法，采用光刻等工藝在MgO硬質基底上制備PZT壓電薄膜結構，隨后轉印到彈性可拉伸基底PDMS上，制備出柔性可拉伸壓電能量收集器，并集成到人體皮膚上進行應用。主要

2、內容如下：
　　首先，討論了壓電效應、PZT壓電材料及其工作模式，得出利用d33模式制備的器件具有更好的壓電性能；提出了可拉伸 U形蜿蜒互連叉指電極結構設計方法并與 PZT納米帶陣列進行系統(tǒng)集成，并通過有限元方法對整個柔性可拉伸能量捕獲系統(tǒng)的可拉伸性能進行仿真計算，得到滿足拉伸性能條件下的最優(yōu)壓電響應的結構設計方法。
　　其次，設計出一套適合柔性可拉伸壓電能量收集器的制備工藝流程，在MgO基片上濺射 PZT納米帶并進行退火和

3、極化等處理，通過 XRD和鐵電性能測試，表明 MgO基底上的PZT納米帶具有良好的鈣鈦礦結構（100）。通過轉印工藝將能量捕獲器件從MgO硬質基片轉移到彈性基底 PDMS，并對轉印后的能量捕獲器件進行壓電性能的測試與表征。
　　最后，通過仿真和實驗對比的方法對壓電能量收集器的力學性能進行分析與驗證，得出在器件受壓發(fā)生面外彎曲變形時，PZT納米帶上的最大應變?yōu)?.024％；在拉伸20%時，PZT納米帶的最大應變?yōu)?.69%，均在斷裂