，叉指電極柱7已全部形成；利用靜電霧化沉積法制備壓電厚膜材料8，所述的壓電材料填充在叉指電極柱7之間的空隙處。
[0034]如圖2?圖8所示:上述結(jié)構(gòu)的全叉指電極微型壓電厚膜振動能量收集器可以采用如下工藝步驟實現(xiàn)。具體的包括:
[0035]如圖2所示:柔性基底I為長度3mm、厚30 μπι的304不銹鋼片。所述的柔性基底I依次使用酒精、丙酮和去離子水清洗；所述的絕緣層2為使用等離子化學(xué)氣相沉積方法制備的200nm厚的二氧化硅絕緣層，其作用是防止不銹鋼將叉指電極短路；
[0036]如圖3所示:在絕緣層2之上，旋涂BP212正型光刻膠并前烘，甩膠速度為3000rpm,勻膠時間30s，前烘條件為85°C。然后對光刻膠進(jìn)行曝光、顯影從而將光刻膠圖形化得到叉指電極形狀；其中電極寬度為50 μm，電極間距為50 μπι。
[0037]如圖4所示:在上述光刻膠顯影開窗處以及光刻膠保留處通過磁控濺射Ti金屬層4和Pt金屬層5 ;Pt具有非常好的熱穩(wěn)定性和導(dǎo)電性，Ti可以提高Pt與二氧化硅之間的附著力；濺射條件為:襯底不加熱，濺射功率300W，濺射時間Imin(Ti)和3min(Pt)，Ti/Pt的厚度分別為30nm和200nm ；
[0038]如圖5所示:利用電鍍工藝在Pt金屬層5上生長Ni電極柱6至7 μ m ;
[0039]如圖6所示:在丙酮溶液中浸泡3-5min，去除光刻膠后即得到電極柱7 ；
[0040]如圖7所示:采用靜電霧化沉積法制備壓電厚膜材料8 ;壓電厚膜材料8可選擇PZT壓電材料；單次制備壓電薄膜厚度為I μπι左右，置于200°C加熱臺上保持3min，用于蒸發(fā)有機溶劑，釋放膜內(nèi)應(yīng)力；如此重復(fù)7次，直至壓電材料沉積到7 μπι ;PZT壓電材料高溫退火，條件為室溫下勻速升溫至700°C，保持20min后自然冷卻至室溫；將極化電源正極連接左叉指電極焊盤11，負(fù)極連接右叉指電極焊盤12，極化電場55kV/mm，極化溫度200°C，保持30min，繼續(xù)保持電場不變，自然冷卻至室溫，完成極化；所述的壓電厚膜材料層8為鋯鈦酸鉛，其化學(xué)表達(dá)式為PbZrxTihOy
[0041]圖8為所述能量收集器的主體結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0042]本發(fā)明的工作原理如下:當(dāng)柔性基底I受外界環(huán)境中的振動能量驅(qū)動時，懸臂梁會相應(yīng)地產(chǎn)生受迫振動，進(jìn)而引起壓電材料內(nèi)部的應(yīng)力和形變，所述的全叉指電極微型壓電厚膜振動能量收集器利用的是壓電d33耦合模式，外部施加的應(yīng)力和因此引起的機械形變都沿著3方向，即懸臂梁的長度方向，而極化方向為方向3，因此產(chǎn)生的電壓也為3方向；產(chǎn)生的電壓通過叉指電極焊盤11、12引出。本發(fā)明提供的全叉指電極d33模式微型壓電厚膜振動能量收集器具有器件結(jié)構(gòu)簡單，使用壽命長、輸出電壓高、方便利用整流電路、輸出功率高，便于批量生產(chǎn)等優(yōu)點，可為無線傳感器節(jié)點和醫(yī)療設(shè)備供電，具有較高的研宄價值和廣闊的市場應(yīng)用前景。
[0043]以上所述為本發(fā)明的最佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)所作的修改、以及用于實現(xiàn)本發(fā)明所想到的同等技術(shù)手段，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種全叉指電極微型壓電厚膜振動能量收集器，其特征在于，設(shè)置有壓電懸臂梁和質(zhì)量塊，質(zhì)量塊位于懸臂梁的末端；所述的壓電懸臂梁包括柔性基底、絕緣層、電極柱和壓電層，絕緣層位于柔性基底之上，電極柱位于絕緣層之上；所述的電極柱呈梳狀叉指結(jié)構(gòu)，壓電層填充在叉指電極柱之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的全叉指電極微型壓電厚膜振動能量收集器，其特征在于，柔性基底為不銹鋼或聚酰亞胺，絕緣層為二氧化硅或氮化硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求書2所述的全叉指電極微型壓電厚膜振動能量收集器，其特征在于，電極柱為金屬T1、Pt與Ni的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求書1、2或3所述的全叉指電極微型壓電厚膜振動能量收集器，其特征在于，壓電層為PZT壓電厚膜材料、氧化鋅或氮化鋁。
5.根據(jù)權(quán)利要求書1、2或3所述的全叉指電極微型壓電厚膜振動能量收集器，其特征在于，所述的懸臂梁為矩形結(jié)構(gòu)；所述的質(zhì)量塊為矩形結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求書4所述的全叉指電極微型壓電厚膜振動能量收集器，其特征在于，所述的懸臂梁為矩形結(jié)構(gòu)；所述的質(zhì)量塊為矩形結(jié)構(gòu)。
7.權(quán)利要求1、2、3或6所述的一種全叉指電極微型壓電厚膜振動能量收集器的制造方法，其特征在于以下步驟，在柔性基底上形成絕緣層；在絕緣層上形成具有梳狀叉指電極形狀窗口的光刻膠層；采用磁控濺射和電鍍工藝制備叉指電極柱；靜電霧化沉積方法在叉指電極柱之間制備壓電厚膜材料；線切割出所需懸臂梁；在懸臂梁的末端粘貼質(zhì)量塊。
8.權(quán)利要求4所述的一種全叉指電極微型壓電厚膜振動能量收集器的制造方法，其特征在于以下步驟，在柔性基底上形成絕緣層；在絕緣層上形成具有梳狀叉指電極形狀窗口的光刻膠層；采用磁控濺射和電鍍工藝制備叉指電極柱；靜電霧化沉積方法在叉指電極柱之間制備壓電厚膜材料；線切割出所需懸臂梁；在懸臂梁的末端粘貼質(zhì)量塊。
9.權(quán)利要求5所述的一種全叉指電極微型壓電厚膜振動能量收集器的制造方法，其特征在于以下步驟，在柔性基底上形成絕緣層；在絕緣層上形成具有梳狀叉指電極形狀窗口的光刻膠層；采用磁控濺射和電鍍工藝制備叉指電極柱；靜電霧化沉積方法在叉指電極柱之間制備壓電厚膜材料；線切割出所需懸臂梁；在懸臂梁的末端粘貼質(zhì)量塊。
【專利摘要】本發(fā)明提出的一種全叉指電極微型壓電厚膜振動能量收集器及其制作方法，設(shè)置有壓電懸臂梁和質(zhì)量塊；所述的壓電懸臂梁包括柔性基底、絕緣層、叉指電極柱和壓電層；所述的柔性基底為不銹鋼；所述的壓電層為PZT壓電厚膜材料；所述的叉指電極柱從壓電材料表面一直深入到基底上表面，壓電材料可完全極化，避免了表面叉指電極d33模式能量收集器中存在材料極化不完全的問題。本發(fā)明具有的優(yōu)點有：采用MEMS工藝，器件結(jié)構(gòu)簡單，適合批量制作；使用壽命長、高電壓調(diào)節(jié)范圍大、可為無線傳感器節(jié)點和醫(yī)療設(shè)備供電。
【IPC分類】H02N2-18
【公開號】CN104734564
【申請?zhí)枴緾N201510176231
【發(fā)明人】楊淑, 董維杰, 王大志, 殷小林
【申請人】大連理工大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年4月14日