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一种光子晶体复合型无线充电装置制造方法及图纸

技术编号:21898526 阅读:17 留言:0更新日期:2019-08-17 18:14
本发明专利技术提供了一种光子晶体复合型无线充电装置,用于生物体内的植入式设备,包括:太阳能电池;上转换发光装置,用于为太阳能电池提供可见光,其由上转换光子晶体复合材料制得,上转换光子晶体复合材料包括光子晶体和分布在光子晶体表面和/或内部的上转换发光颗粒,光子晶体具有光子禁带特性的周期性排布结构,上转换发光颗粒为表面改性后的红外上转换纳米颗粒。本发明专利技术通过光运输替代突变磁场实现无线充电,原料易取、方法简单、功能针对性强,在光电、能源领域等方面具备广泛的应用和极强的实际推广价值。

A Photonic Crystal Composite Wireless Charging Device

【技术实现步骤摘要】
一种光子晶体复合型无线充电装置
本专利技术涉及一种无线充电
,且特别涉及一种光子晶体复合型无线充电装置。
技术介绍
目前,随着医疗技术的发展,体内植入式医疗设备越来越受欢迎,其功能也变得越来越丰富,从而对电能的供给提出了很大的要求,传统的锂电池具有有限的寿命,因为其坚硬的外壳、较差的生物相容性和多次更换的不安全性,使得生物相容性较好的体内可植入式无线充电装置成为未来发展的一个重要方向。随着无线充电技术的日益发展,常见无线充电设备利用电磁感应原理,端传输能量,解除了传统充电设备对电线的依赖,使得人们日常生活更加便捷。然而,交变磁场辐射传输的无定向性、电磁波对人体或动物皮肤的低穿透性,使得大量能量浪费,并可能会对人体或者其他动物造成生命健康的危害。而某些近红外光(例如980nm)对人体或其他动物的生物组织具有较强的穿透能力,能达到几厘米的深度,并对人体或其他动物具有较低的生物毒性,可以应用在体内可植入式无线充电装置中。上转换发光材料(通常为稀土上转换发光材料)具有非常独特的光学特性,反斯托克斯发光的性质,能通过多光子过程使能量较低的近红外光转变为能量较高的近红外光和可见光,后者能被常见的染料太阳能电池所吸收并利用,转换为电能。CN109103965A、CN107332311A、CN108512277A均使用电磁感应原理进行无线充电。CN109066932A使用砷化镓基多维光子晶体封装的半导体器件作为光能接受器和发射器,先将充电设备的电能转化为光能传播,被充电设备再将接收的光能转化为电能储存,通过光运输代替了突变磁场。然而,这些无线充电设备或者使用电磁传感的原理,可能危害人体或其他动物的健康;或者制备过程复杂、高成本,限制了这些无线设备的应用与推广;没有解决锂电池外壳坚硬、生物相容性差的问题,无法应用于体内植入式无线充电设备。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种光子晶体复合型无线充电装置,此无线充电装置光电转换效率高、生物相容性好。本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本专利技术提出一种光子晶体复合型无线充电装置,用于生物体内的植入式设备,包括:太阳能电池;上转换发光装置,用于为所述太阳能电池提供可见光,其由上转换光子晶体复合材料制得,所述上转换光子晶体复合材料包括光子晶体和分布在所述光子晶体表面和/或内部的上转换发光颗粒,所述光子晶体具有光子禁带特性的周期性排布结构,所述上转换发光颗粒为表面改性后的红外上转换纳米颗粒。进一步地,在本专利技术较佳实施例中,所述表面改性后的红外上转换纳米颗粒为二氧化硅包覆的红外上转换纳米颗粒。进一步地,在本专利技术较佳实施例中,所述光子晶体选自限定间距排列的蛋白石型光子晶体、限定多孔间距的反蛋白石型光子晶体、周期性排布的阵列型光子晶体或周期性排布的螺旋型光子晶体。进一步地,在本专利技术较佳实施例中,所述光子晶体为限定多孔间距的反蛋白石型光子晶体,则所述上转换光子晶体复合材料按如下步骤制备:通过无皂乳液聚合法制备单分散的聚苯乙烯微球乳液,将所述聚苯乙烯微球乳液铺满在平整的基底,烘干获得牺牲模板;将含有所述上转换发光颗粒的溶液与结构蛋白溶液混合均匀后浇注于牺牲模板中,自然晾干后浸于有机溶剂中除去牺牲模板,得到上转换光子晶体复合材料。进一步地,在本专利技术较佳实施例中,所述上转换发光颗粒与所述结构蛋白的质量比为(0.0001-0.1):1。进一步地,在本专利技术较佳实施例中,所述结构蛋白选自蚕丝蛋白、角蛋白、大豆蛋白中的一种或多种。进一步地,在本专利技术较佳实施例中,所述光子晶体结构为一层或多层。进一步地,在本专利技术较佳实施例中,所述上转换发光装置为柔性结构,所述太阳能电池为柔性太阳能电池,所述上转换发光装置设置于所述太阳能电池的背光侧作为光反射装置。进一步地,在本专利技术较佳实施例中,所述上转换发光装置为呈曲面状,所述太阳能电池设置于所述上转换发光装置的反射光聚焦处。本专利技术实施例的光子晶体复合型无线充电装置的有益效果是:(1)本专利技术提供的光子晶体复合型无线充电装置利用上转换发光颗粒吸收红外光、发出可见光,光子晶体对该可见光进行增强发光后被太阳能电池吸收,可以实现无线充电功能,在红外光下具有较高的光电转化效率。(2)本专利技术利用生物相容性较好的光子晶体和结构蛋白可构建生物相容性较好的无线充电设备,利用近红外光(例如980nm)对人体或其他动物的生物组织具有较强的穿透能力,能达到几厘米的深度,并对人体或其他动物具有较低的生物毒性,可以应用在体内可植入式无线充电装置中,如在人或其他动物体内为类似心脏起搏器、体内机器人等体内小型用电设备无线供电。(3)本专利技术原料易取,实现方法简单,功能针对性强,在生物、光电、能源领域等方面具备广泛的应用和极强的实际推广价值。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例1中蛋白石型上转换增强型光子晶体材料的SEM图;图2为本专利技术实施例2中反蛋白石型上转换增强型光子晶体材料的SEM图;图3为本专利技术实施例4中矩阵型上转换增强型光子晶体材料的SEM图;图4为本专利技术对比例2中对比例1、实施例2和实施例3在980nm红外光下的上转换发光谱图;图5为本专利技术对比例2中反蛋白石型上转换增强型光子晶体材料的显微照片,其中a)为白光下,b)为980nm光下;图6为本专利技术对比例2在980nm红外光下在不同区域下的上转换发光谱图;图7为本专利技术试验例2中光电数据测试示意图;图8为本专利技术试验例2、对比例1和对比例3的电流密度-电压曲线对比图;图9为本专利技术试验例3中弯曲的纤维状染料敏化太阳能电池的照片;图10为本专利技术试验例3中纤维状染料敏化太阳能电池的能量转化效率变化曲线;图11为本专利技术试验例4中不同样品在同一接种条件下的细胞生长情况对比图;图12为本专利技术实施例5中串联纤维状敏化太阳能电池电流密度-电压曲线对比图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本专利技术实施例的光子晶体复合型无线充电装置进行具体说明。本专利技术提供了一种光子晶体复合型无线充电装置,用于生物体内的植入式设备,包括:太阳能电池;上转换发光装置,用于为所述太阳能电池提供可见光,其由上转换光子晶体复合材料制得,所述上转换光子晶体复合材料包括光子晶体和分布在所述光子晶体表面和/或内部的上转换发光颗粒,所述光子晶体具有光子禁带特性的周期性排布结构,所述上转换发光颗粒为表面改性后的红外上转换纳米颗粒。所述太阳能电池具有很好的光捕获能力,可以是硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能、有机太阳能电池、量子点太阳能电池或钙钛矿太阳能电池等。优选的,太阳能电池选自纤维状染料敏化太阳能电池,其原料来源丰富、成本低、环保无毒、制备工艺相对简单。其中,上转换发光颗粒吸收本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种光子晶体复合型无线充电装置,用于生物体内的植入式设备,其特征在于,包括:太阳能电池;上转换发光装置,用于为所述太阳能电池提供可见光,其由上转换光子晶体复合材料制得,所述上转换光子晶体复合材料包括光子晶体和分布在所述光子晶体表面和/或内部的上转换发光颗粒,所述光子晶体具有光子禁带特性的周期性排布结构,所述上转换发光颗粒为表面改性后的红外上转换纳米颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种光子晶体复合型无线充电装置,用于生物体内的植入式设备,其特征在于,包括:太阳能电池;上转换发光装置,用于为所述太阳能电池提供可见光,其由上转换光子晶体复合材料制得,所述上转换光子晶体复合材料包括光子晶体和分布在所述光子晶体表面和/或内部的上转换发光颗粒,所述光子晶体具有光子禁带特性的周期性排布结构,所述上转换发光颗粒为表面改性后的红外上转换纳米颗粒。2.根据权利要求1所述的光子晶体复合型无线充电装置,其特征在于,所述表面改性后的红外上转换纳米颗粒为二氧化硅包覆的红外上转换纳米颗粒。3.根据权利要求1所述的光子晶体复合型无线充电装置,其特征在于,所述光子晶体选自限定间距排列的蛋白石型光子晶体、限定多孔间距的反蛋白石型光子晶体、周期性排布的阵列型光子晶体或周期性排布的螺旋型光子晶体。4.根据权利要求3所述的光子晶体复合型无线充电装置,其特征在于,所述光子晶体为限定多孔间距的反蛋白石型光子晶体,所述上转换光子晶体复合材料按如下步骤制备:通过无皂乳液聚合法制备单分散的聚苯乙烯微...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘向阳胡帆
申请(专利权)人:厦门大学
类型:发明
国别省市:福建,35

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