基于液滴移動(dòng)發(fā)電的微型能量采集電極裝置及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明所涉及的領(lǐng)域是一種基于液滴移動(dòng)發(fā)電的微型能量采集電極裝置，屬于能量采集技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]能量采集技術(shù)在人們的日常生產(chǎn)和生活中不斷更新，最早使用的能量采集裝置可追溯到風(fēng)車、船帆、水輪時(shí)代。隨著電能的出現(xiàn)及廣泛使用，基于環(huán)境能量轉(zhuǎn)換成電能的能量采集裝置不斷出現(xiàn)，批量化的環(huán)境能量轉(zhuǎn)化成電能裝置有風(fēng)力發(fā)電機(jī)、水力發(fā)電機(jī)、地?zé)岚l(fā)電機(jī)、太陽能發(fā)電機(jī)等發(fā)電裝置。
[0003]大功率環(huán)境能量轉(zhuǎn)化成電能的裝置極大推動(dòng)了社會(huì)進(jìn)步，而由于其體積大、不易挪移等缺陷，無法滿足逐漸增多的野外等惡劣環(huán)境下運(yùn)行的低功耗器件要求。便攜式小功率的環(huán)境能量轉(zhuǎn)換裝置應(yīng)運(yùn)而生，先后出現(xiàn)了電磁式、壓電式、靜電式等能量采集裝置，這些能量采集裝置多是將環(huán)境中運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，具有獨(dú)立的能量轉(zhuǎn)換部件，同時(shí)需要不斷的對(duì)能量轉(zhuǎn)換部件進(jìn)行磁化、充電等過程，后續(xù)使用過程中維護(hù)工作量大，難以實(shí)現(xiàn)便攜式能量采集裝置的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述存在的技術(shù)問題和能量采集裝置的缺陷，本發(fā)明的目的是提出一種能夠滿足野外環(huán)境下運(yùn)行的低功耗器件的需求，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、操作方便、高功耗、便攜式基于液滴移動(dòng)發(fā)電的微型能量采集電極裝置。
[0005]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種基于液滴移動(dòng)發(fā)電的微型能量采集電極裝置，該裝置至少包括襯底基片、形成于所述襯底基片上與外接負(fù)載連接的第一電極和第二電極、覆蓋部分所述第一電極和第二電極的電介質(zhì)層、覆蓋所述電介質(zhì)層的疏水層以及在該疏水層上移動(dòng)的液滴，所述液滴移動(dòng)時(shí)經(jīng)過所述第一電極和第二電極。
[0006]優(yōu)選地，所述襯底基片上形成有溝槽，該溝槽包括底部以及與該底部側(cè)邊延伸的側(cè)壁；所述第一電極和第二電極一部分在該溝槽的底部和側(cè)壁上內(nèi)，另一部分自溝槽外的襯底基片引出；所述電介質(zhì)層以及疏水層依次覆蓋在所述溝槽的底部和側(cè)壁上。
[0007]本發(fā)明還提供一種基于液滴移動(dòng)發(fā)電的微型能量采集電極裝置的制備方法，該制備方法包括以下步驟:
[0008]I)提供一襯底基片；
[0009]2)采用濺射工藝在襯底基片上形成金屬層，依次采用光刻工藝、金屬腐蝕工藝、去膠工藝將襯底基片上多余金屬層去除以形成第一電極和第二電極；然后自所述第一電極和第二電極引出導(dǎo)線，兩導(dǎo)線用于連接外接負(fù)載；
[0010]3)采用PECVD沉積工藝在形成有第一電極和第二電極的襯底基片沉積電介質(zhì)層；所述電介質(zhì)層覆蓋部分所述第一電極和第二電極；
[0011]4)采用等離子體沉積工藝在所述電介質(zhì)層上沉積疏水層。
[0012]本發(fā)明還提供另一種基于液滴移動(dòng)發(fā)電的微型能量采集電極裝置的制備方法，該制備方法包括以下步驟:
[0013]I)提供一襯底基片；
[0014]2)采用濕法腐蝕工藝在該襯底基片指定位置腐蝕出側(cè)壁與底面呈斜度為125.3°的溝槽；
[0015]3)采用金屬濺射工藝在該溝槽側(cè)壁和底部濺射金屬層，依次采用光刻工藝、金屬腐蝕工藝、去膠工藝將襯底基片上多余金屬層去除以形成第一電極和第二電極；然后自所述第一電極和第二電極引出導(dǎo)線，兩導(dǎo)線用于連接外接負(fù)載；
[0016]5)采用PECVD沉積工藝在溝槽側(cè)壁和底部沉積電介質(zhì)層；
[0017]6)采用等離子體沉積工藝在所述電介質(zhì)層上沉積形成疏水層。
[0018]本發(fā)明還提供再一種基于液滴移動(dòng)發(fā)電的微型能量采集電極裝置的制備方法，該制備方法包括以下步驟::
[0019]I)提供一襯底基片；
[0020]2)依次采用光刻工藝、深反應(yīng)離子刻蝕工藝在所述硅襯底基片上制備側(cè)壁垂直于底面的溝槽；
[0021]3)采用金屬濺射工藝在該溝槽側(cè)壁和底部濺射濺射金屬層，依次采用光刻工藝、金屬腐蝕工藝、去膠工藝將襯底基片上多余金屬層去除以形成第一電極和第二電極；然后自所述第一電極和第二電極引出導(dǎo)線，兩導(dǎo)線用于連接外接負(fù)載；
[0022]4)采用PECVD沉積工藝在溝槽側(cè)壁和底部沉積電介質(zhì)層；
[0023]5)采用等離子體沉積工藝在所述電介質(zhì)層上沉積形成疏水層。
[0024]本發(fā)明的有益效果在于:所述能量采集電極裝置，簡(jiǎn)化了獨(dú)立的能量轉(zhuǎn)化部件，將其與電極合并，減少了對(duì)能量采集部件的磁化、充電等過程，同時(shí)避免了大功率發(fā)電裝置的體積大、不易挪移的缺陷；又能滿足野外等惡劣環(huán)境下運(yùn)行的低功耗器件供電需求，真正實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、操作方便、高功率、便攜式基于液滴移動(dòng)發(fā)電的微型能量采集電極裝置，實(shí)現(xiàn)了通過液滴移動(dòng)來將液滴勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一基于液滴移動(dòng)發(fā)電能量采集電極裝置。
[0026]圖2為本發(fā)明實(shí)施例二基于液滴移動(dòng)發(fā)電的包括溝槽結(jié)構(gòu)能量采集電極裝置。
[0027]圖3為本發(fā)明實(shí)施例三基于液滴移動(dòng)發(fā)電的包括溝槽結(jié)構(gòu)能量采集電極裝置。
[0028]元件標(biāo)號(hào)說明
[0029]襯底I
[0030]電介質(zhì)層3、6、9
[0031]疏水層4、7、10
[0032]電極2、5、8
[0033]液滴11
[0034]Θ裝置與水平面的夾角
【具體實(shí)施方式】
[0035]以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。需說明的是，在不沖突的情況下，以下實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0036]需要說明的是，以下實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0037]—種基于液滴移動(dòng)發(fā)電的微型能量采集電極裝置，該裝置至少包括襯底基片、形成于所述襯底基片上與外接負(fù)載連接的第一電極和第二電極、覆蓋部分所述第一電極和第二電極的電介質(zhì)層、覆蓋所述電介質(zhì)層的疏水層以及在該疏水層上移動(dòng)的液滴，所述液滴移動(dòng)時(shí)經(jīng)過所述第一電極和第二電極。
[0038]作為一種實(shí)施例，所述襯底基片上形成有溝槽，該溝槽包括底部以及與該底部側(cè)邊延伸的側(cè)壁；所述第一電極和第二電極一部分在該溝槽的底部和側(cè)壁上內(nèi)，另一部分自溝槽外的襯底基片引出；所述電介質(zhì)層以及疏水層依次覆蓋在所述溝槽的底部和側(cè)壁上。所述溝槽的橫截面為倒梯形或矩形。
[0039]本發(fā)明還提供一種基于液滴移動(dòng)發(fā)電的微型能量采集電極裝置的制備方法，該制備方法包括以下步驟:
[0040]I)提供一襯底基片；
[0041]2)采用濺射工藝在襯底基片上形成金屬層，依次采用光刻工藝、金屬腐蝕工藝、去膠工藝將襯底基片上多余金屬層去除以形成第一電極和第二電極；然后自所述第一電極和第二電極引出導(dǎo)線，兩導(dǎo)線用于連接外接負(fù)載；
[0042]3)采用PECVD沉積工藝在形成有第一電極和第二電極的襯底基片沉積電介質(zhì)層；所述電介質(zhì)層覆蓋部分所述第一電極和第二電極；
[0043]4)采用等離子體沉積工藝在所述電介質(zhì)層上沉積疏水層。
[0044]本發(fā)明還提供另一種基于液滴移動(dòng)發(fā)電的微型能量采集電極裝置的制備方法，該制備方法包括以下步驟:
[0045]I)提供一襯底基片；
[0046]2)采用濕法腐蝕工藝在該襯底基片指定位置腐蝕出側(cè)壁與底面呈斜度為125.3°的溝槽；
[0047]3)采用金屬濺射工藝在該溝槽側(cè)壁和底部濺射金屬層，依次采用光刻工藝、金屬腐蝕工藝、去膠工藝將襯底基片上多余金屬層去除以形成第一電極和第二電極；然后自所述第一電極和第二電極引出導(dǎo)線，兩導(dǎo)線用于連接外接負(fù)載；
[0048]4)采用PECVD沉積工藝在溝槽側(cè)壁和底部沉積電介質(zhì)層；
[0049]5)采用等離子體沉積工藝在所述電介質(zhì)層上沉積形成疏水層。
[0050]本發(fā)明還提供再一種基于液滴移動(dòng)發(fā)電的微型能量采集電極裝置的制備方法，該制備方法包括以下步驟::
[0051]I)提供一襯底基片；
[0052]2)依次采用光刻工藝、深反應(yīng)離子刻蝕工藝在所述硅襯底基片上制備側(cè)壁垂直于底面的溝槽；
[0053]3)采用金屬濺射工藝在該溝槽側(cè)壁和底部濺射金屬層，依次采用光刻工藝、金屬腐蝕工藝、去膠工藝將襯底基片上多余金屬層去除以形成第一電極和第二電極；然后自所述第一電極和第二電極引出導(dǎo)線，兩導(dǎo)線用于連接外接負(fù)載；
[0054]4)采用PECVD沉積工藝在溝槽側(cè)壁和底部沉積電介質(zhì)層；
[0055]5)采用等離子體沉積工藝在所述電介質(zhì)層上沉積形成疏水層。
[0056]本發(fā)明中，液滴以初始動(dòng)能在疏水層界面上移動(dòng)，當(dāng)液滴經(jīng)過嵌入在電介質(zhì)里的電極時(shí)，接觸界面的電荷會(huì)重新分布，并在電極兩端上產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)差，此電勢(shì)差大小與液滴接觸界面的面積成正相關(guān)。