基于石墨烯用于获取微弱能量的柔性微结构及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种基于石墨烯用于获取微弱能量的柔性微结构及其制造方法，柔性微结构为层结构，分两部分，第一部分结构为：柔性衬底，形成于柔性衬底上的石墨烯层，生长于石墨烯层上的氧化锌纳米线层，以及石墨烯层上的引出电极层；第二部分结构为：柔性衬底，形成在柔性衬底上的石墨烯层和引出电极层；第一部分结构与第二部分结构固定到一起且柔性衬底位于最外；氧化锌纳米线层上还形成有至少一层石墨烯/氧化锌纳米线层。本发明专利技术的有益之处在于：石墨烯层作为电极材料，不仅提高了电荷的收集速度，而且大大提高了器件的可靠性和寿命；氧化锌纳米线的可控性生长可大幅提高压电性能，巧妙设计的串并联结构可以满足不同自驱动微纳米系统的功能要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种柔性微结构及其制造方法，具体涉及一种基于氧化锌纳米线和石墨烯薄膜构建的用于获取微弱能量的柔性微结构及其制造方法，属于微弱能量获取

技术介绍
随着微纳系统的发展，微纳系统的尺寸越来越小，将来限制整个系统大小的是电源而不是其他器件；将来实现全方位的监测所用到的微纳系统的数目和密度又相当之浩大，而且这些可移动系统的应用环境复杂多变，利用更换电池的方案以及传统的能量获取技术已经不能满足微纳系统的功能要求。因此，有了自驱动的概念，其根本是利用从环境中收集的能量，通过能量转换来驱动这些微纳系统，实现功率自给，从而解决微纳系统的供电问题，实现传感器的微型化和传感网络的广泛分布。而今自驱动的概念已经成为世界非常活跃的研究领域。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯。自此石墨烯被发现以来，国内外学者对其进行了广泛而深入的研究。制备石墨烯的新方法也层出不穷。基于石墨烯优异的电学、力学、热学等性能，对其进一步的应用研究也不断延伸。但石墨烯的制备工艺与IC工艺不是很兼容，限制了其应用。2012年，沈阳材料科学国家（联合）实验室先进炭材料研究部发表了一种基于电化学气体插层的鼓泡无损转移方法，可以将石墨烯转移到任何基底上。石墨烯转移技术的实现进一步扩大了石墨烯的应用范围。在石墨烯的应用研究报道中，未见将石墨烯电学力学性能结合起来进一步应用到微纳系统的相关研究文献报道。因此可以将石墨烯的优异电学和力学性能同时应用于微弱能量获取微结构中来提高器件性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于石墨烯用于获取微弱能量的柔性微结构及其制造方法，具体的，将石墨烯作为能量转换器的电极材料并作为承受外界载荷的结构材料、利用氧化锌纳米线作为功能材料的新型能量转换器结构，为了获取微弱的非电能量并能高效率转换为电能，可将多个能量转换核心结构进行串联或者并联形成叠加结构，来达到自驱动微纳系统的供电需求。为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：一种基于石墨烯用于获取微弱能量的柔性微结构，其特征在于，前述柔性微结构为层结构，并且分为两部分，第一部分结构与第二部分结构固定到一起，其中，第一部分结构的组成为：第一柔性衬底，形成于前述第一柔性衬底单侧的第一石墨烯层，生长于前述第一石墨烯层上的第一氧化锌纳米线层，前述第一石墨烯层上还形成有第一引出电极层，前述第一引出电极层包括：金层和铜线；第二部分结构的组成为：第二柔性衬底，形成在前述第二柔性衬底单侧的第二石墨烯层，前述第二石墨烯层上还形成有第二引出电极层，前述第二引出电极层包括：金层和铜线；前述第一柔性衬底与第二柔性衬底均位于最外层。前述的柔性微结构，其特征在于，在第一部分结构中，前述第一氧化锌纳米线层上还形成有石墨烯/氧化锌纳米线层，前述石墨烯/氧化锌纳米线层的层数≥1。前述的柔性微结构，其特征在于，氧化锌纳米线层中的氧化锌纳米线垂直生长在石墨烯层上。前述的柔性微结构，其特征在于，前述第一柔性衬底和第二柔性衬底为PET、PI和PEN中的任意一种。前述的柔性微结构，其特征在于，在第一引出电极层和第二引出电极层中，前述金层的厚度为50-100nm，前述铜线的直径为0.03mm。制造基于石墨烯用于获取微弱能量的柔性微结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）在第一柔性衬底上转移第一石墨烯层；（2）在第一石墨烯层的一端镀上金层，并在金层上引出输出导线，形成第一引出电极层；（3）在第一石墨烯层上生长第一氧化锌纳米线层，获得氧化锌纳米线/石墨烯/柔性衬底；（4）在第二柔性衬底上转移第二石墨烯层；（5）在第二石墨烯层的一端镀上金层，并在金层上引出输出导线，形成第二引出电极层，获得石墨烯/柔性衬底；（6）通过常温物理施压，将氧化锌纳米线/石墨烯/柔性衬底的氧化锌纳米线层与石墨烯/柔性衬底的石墨烯层相结合，并用胶带绑定及保护。前述的制造柔性微结构的方法，其特征在于，在第一石墨烯层上生长第一氧化锌纳米线层的步骤为：（1）在第一石墨烯层上制作氧化锌纳米线的种子层；（2）将具有第一石墨烯层的第一柔性衬底漂浮在二水合乙酸锌与六次甲基四胺的混合水溶液的表面，第一石墨烯层向下，在加热的条件下生长得到第一氧化锌纳米线层，获得氧化锌纳米线/石墨烯/柔性衬底。前述的制造柔性微结构的方法，其特征在于，还包括在第一氧化锌纳米线层上获得石墨烯/氧化锌纳米线层的步骤：在第一氧化锌纳米线层上转移石墨烯层，然后在石墨烯层上再制作氧化锌纳米线的种子层，将柔性衬底漂浮在二水合乙酸锌与六次甲基四胺的混合水溶液的表面，石墨烯层向下，在加热的条件下再次生长氧化锌纳米线层，获得石墨烯/氧化锌纳米线层；如此循环，获得至少一层石墨烯/氧化锌纳米线层。前述的制造柔性微结构的方法，其特征在于，前述二水合乙酸锌与六次甲基四胺的摩尔浓度之比为1：1，且摩尔浓度范围为10-50mmol/L。前述的制造柔性微结构的方法，其特征在于，前述氧化锌纳米线层的生长温度为90℃。本专利技术的有益之处在于：首先柔性衬底的选择拓展了该能量转换器的使用环境，可使器件微型化，大大减轻重量，降低成本；其次，石墨烯层作为电极材料，不仅提高了电荷的收集速度，更为重要的是，相对已经出现的氧化锌纳米线发电机，能大大提高器件的可靠性和使用寿命；最后，氧化锌纳米线的可控性生长可以大大提高其压电性能，通过巧妙设计的串并联结构，可以满足不同自驱动微纳米系统的功能要求，大大拓展了基于石墨烯用于微弱能量获取的柔性微结构的应用，通过优化设计还可以很好的满足微纳系统的不同功能需求；使用了对称的结构，有些结构可以同时制备，减少了制作流程，使得纳米发电机容易制作，成本低且提高了生产效率。附图说明图1是本专利技术的柔性微结构的一个具体实施例的结构示意图；图2是制造图1所示的柔性微结构的流程示意图；图3是本专利技术的柔性微结构的另一个具体实施例的结构示意图；图4是本专利技术的柔性微结构的第三个具体实施例的结构示意图。图中附图标记的含义：11-柔性衬底，12-柔性衬底，21-石墨烯层，22-石墨烯层，31-引出电极层，32-引出电极层，4-第一氧化锌纳米线层，5-石墨本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于石墨烯用于获取微弱能量的柔性微结构，其特征在于，所述柔性微结构为层结构，并且分为两部分，第一部分结构与第二部分结构固定到一起，其中，第一部分结构的组成为：第一柔性衬底，形成于所述第一柔性衬底单侧的第一石墨烯层，生长于所述第一石墨烯层上的第一氧化锌纳米线层，所述第一石墨烯层上还形成有第一引出电极层，所述第一引出电极层包括：金层和铜线；第二部分结构的组成为：第二柔性衬底，形成在所述第二柔性衬底单侧的第二石墨烯层，所述第二石墨烯层上还形成有第二引出电极层，所述第二引出电极层包括：金层和铜线；所述第一柔性衬底与第二柔性衬底均位于最外层。

【技术特征摘要】
1.基于石墨烯用于获取微弱能量的柔性微结构，其特征在于，所
述柔性微结构为层结构，并且分为两部分，第一部分结构与第二部分
结构固定到一起，其中，
第一部分结构的组成为：第一柔性衬底，形成于所述第一柔性衬
底单侧的第一石墨烯层，生长于所述第一石墨烯层上的第一氧化锌纳
米线层，所述第一石墨烯层上还形成有第一引出电极层，所述第一引
出电极层包括：金层和铜线；
第二部分结构的组成为：第二柔性衬底，形成在所述第二柔性衬
底单侧的第二石墨烯层，所述第二石墨烯层上还形成有第二引出电极
层，所述第二引出电极层包括：金层和铜线；
所述第一柔性衬底与第二柔性衬底均位于最外层。
2.根据权利要求1所述的柔性微结构，其特征在于，在第一部分
结构中，所述第一氧化锌纳米线层上还形成有石墨烯/氧化锌纳米线
层，所述石墨烯/氧化锌纳米线层的层数≥1。
3.根据权利要求1或2所述的柔性微结构，其特征在于，氧化锌
纳米线层中的氧化锌纳米线垂直生长在石墨烯层上。
4.根据权利要求1所述的柔性微结构，其特征在于，所述第一柔
性衬底和第二柔性衬底为PET、PI和PEN中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的柔性微结构，其特征在于，在第一引出
电极层和第二引出电极层中，所述金层的厚度为50-100nm，所述铜
线的直径为0.03mm。
6.制造基于石墨烯用于获取微弱能量的柔性微结构的方法，其特

\t征在于，包括以下步骤：
（1）在第一柔性衬底上转移第一石墨烯层；
（2）在第一石墨烯层的一端镀上金层，并在金层上引出输出导线，
形成第一引出电极层；
（3）在第一石墨烯层上生长第一氧化锌纳米线层，获得氧化锌纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：娄利飞，潘青彪，吴志华，彭博，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：