微型AlN壓電振動(dòng)能量收集器關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著微型能量收集技術(shù)的快速發(fā)展，針對(duì)環(huán)境振動(dòng)能高效獲取與高效轉(zhuǎn)換的微型振動(dòng)能量收集器已成為近年來的研究熱點(diǎn)。論文基于AlN壓電薄膜優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)和與微結(jié)構(gòu)加工的兼容性，開展基于 AlN壓電薄膜的微型振動(dòng)能量收集器關(guān)鍵技術(shù)研究，具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用需求。以無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的可持續(xù)供電為研究背景，分析了常見壓電薄膜材料的物理化學(xué)性能和工藝兼容性，以高效獲取與轉(zhuǎn)換環(huán)境振動(dòng)能為目標(biāo)，提出了一種基于高性能 AlN壓電薄膜的懸臂梁-質(zhì)量塊結(jié)

2、構(gòu)的微型壓電振動(dòng)能量收集器；在分析了器件結(jié)構(gòu)與工作原理基礎(chǔ)上，基于集總參數(shù)模型分析了影響微型 AlN壓電振動(dòng)能量收集器輸出性能的主要因素；針對(duì)應(yīng)用環(huán)境，確定了微型AlN壓電振動(dòng)能量收集器的主要技術(shù)指標(biāo)；建立了器件的ANSYS有限元模型，完成了器件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)；重點(diǎn)研究了制備（002）擇優(yōu)取向AlN壓電薄膜的工藝參數(shù)，探索了AlN壓電薄膜的摻雜改性；制定了器件的AlN薄膜制備和三維微結(jié)構(gòu)兼容加工工藝流程，研制出原理樣機(jī)。在1g，204.

3、6Hz的外部激勵(lì)下，樣機(jī)在最優(yōu)化負(fù)載處的輸出電壓為2.3V，輸出功率為66.13μW。
　　本研究主要內(nèi)容包括：①在分析了微型AlN壓電振動(dòng)能量收集器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，確定了論文的總體研究方案；②提出了一種基于懸臂梁-質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)的微型 AlN壓電振動(dòng)能量收集器，基于集總參數(shù)模型，分析了影響器件諧振頻率、輸出電壓、輸出功率的主要因素；③采用ANSYS仿真軟件對(duì)微型AlN壓電振動(dòng)能量收集器進(jìn)行了有限元建模和仿真分析，完成了器件的