一种带磁性的柔性无线能量传输接收模块及其制备方法技术

本发明专利技术涉及通信电子元器件技术领域，具体涉及一种带磁性的柔性无线能量传输接收模块及其制备方法。带磁性的柔性无线能量传输接收模块包括磁性薄膜和包覆在磁性薄膜外围的柔性层，所述磁性薄膜包括从下至上依次连接的镍锌磁性层、聚酰亚胺层和银线圈层；所述柔性层为聚二甲基硅氧烷层。镍锌磁性层、聚酰亚胺层和银线圈层由聚二甲基硅氧烷层包裹形成保护层；本发明专利技术的接收模块具有柔性特性，弯曲后依然能正常无线传输能量；柔性磁性薄膜融入柔性无线能量接收模块，增强了发射线圈和接收线圈之间的磁耦合，提高了无线能量传输效率，而且有效防止无线能量传输的磁场干扰附近的导电物体或电子设备。

A flexible wireless energy transmission receiving module with magnetic field and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种带磁性的柔性无线能量传输接收模块及其制备方法
本专利技术涉及通信电子元器件
，具体涉及一种带磁性的柔性无线能量传输接收模块及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着可穿戴便携式电子设备和物联网的飞速发展，人们对各种柔性设备的需求迅速增加，各种轻量、可弯曲、可折叠和高度灵活的柔性设备相继面世。但是，这些柔性设备的供电设备依然是刚性，从而破坏了整体的柔性，这就使得开发具有轻量、可弯曲、可折叠和高度灵活特性的高效小体积能源供应装置势在必行。在各种能源供应设备中，无线能量传输(WPT)是一种新兴的技术，由于它能够在不物理接触的情况下同时向多个电子设备无线提供电力，且支持移动设备充电，因此受到了广泛关注，被视为移动电子设备的理想能源供应技术。根据市场评估，预计到2022年，WPT在可穿戴/柔性电子产品和电动汽车领域的技术效益将扩大到112.7亿美元。WPT的概念在一个多世纪前由尼古拉·特斯拉(NikolaTesla)首次提出，有着悠久的历史。近年来，中距离磁共振耦合无线能量传输技术在WPT领域取得了相当大的进展。该技术使发射模块和接收模块工作在共振状态，从而实现能量的高效无线传输和较远的传输距离。磁共振耦合无线能量传输接收模块应用到电子设备中时，不可避免地会接近导电物体，如电池组和金属外壳。则来自无线能量传输发射模块的磁场也不可避免地会到达导电物体，在导电物体中产生涡流，并产生抵消磁场，从而对WPT性能产生不利影响。为了解决这个问题，需要在WPT接收模块中配置高磁导率软铁氧体层。软铁氧体层能增强发射线圈和接收线圈之间的磁耦合，提高无线能量传输效率，而且有效防止WPT的磁场干扰附近的导电物体或电子设备。通过在柔性WPT接收模块的聚合物和粘合剂中添加铁氧体粉末，虽然能在一定程度上不破坏柔性，但是增强磁场和防干扰性能很差。而完全烧结的铁氧体层虽然性能较好，却是刚性陶瓷材料，无法与柔性WPT接收模块相容。本专利技术旨在解决这个问题，获得性能优秀的带磁性的柔性无线能量传输接收模块。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种带磁性的柔性无线能量传输接收模块，在磁性薄膜融入柔性，增强了发射线圈和接收线圈之间的磁耦合，提高了无线能量传输效率。本专利技术的的目的之二在于提供一种带磁性的柔性无线能量传输接收模块的制备方法，采用喷墨打印和激光烧结，加工步骤简单，无需高温和真空工艺，可以方便的进行低成本批量生产。本专利技术实现目的之一所采用的方案是：一种带磁性的柔性无线能量传输接收模块,包括磁性薄膜和包覆在磁性薄膜外围的柔性层，所述磁性薄膜包括从下至上依次连接的镍锌磁性层、聚酰亚胺层和银线圈层；所述柔性层为聚二甲基硅氧烷层。镍锌磁性层(NZF层)、聚酰亚胺层(PI层)和银线圈层由聚二甲基硅氧烷层(PDMS层)包裹形成保护层；本专利技术的接收模块具有柔性特性，弯曲后依然能正常无线传输能量；柔性磁性薄膜融入柔性无线能量接收模块，增强了发射线圈和接收线圈之间的磁耦合，提高了无线能量传输效率，而且有效防止无线能量传输的磁场干扰附近的导电物体或电子设备。本专利技术实现目的之二所采用的方案是：一种所述的带磁性的柔性无线能量传输接收模块的制备方法，包括以下步骤：(1)准备衬底，使用Ag油墨在衬底表面印刷Ag层制得银牺牲层；(2)在银牺牲层表面印刷一定厚度的镍锌磁性层；(3)对镍锌磁性层进行激光烧结；(4)使用Ag油墨打印线圈结构于聚酰亚胺层的表面，制得银线圈层；(5)将聚酰亚胺粘附在在烧结后的镍锌磁性层表面；(6)将所述步骤(5)得到的产物浸没在聚二甲基硅氧烷溶液中，然后取出使包裹于产物表面的聚二甲基硅氧烷固化，制得聚二甲基硅氧烷层；(7)去除银牺牲层，从而使衬底分离，即得到所述的带磁性的柔性无线能量传输接收模块。本专利技术的制备方法，在NZF层和衬底之间引入银牺牲层，以帮助激光烧后NZF层与衬底分离；激光烧结时，将红外激光器连接到打印喷嘴上，以便使用相同的打印机进行激光烧结，NZF层的整个区域由扫描激光束照射；镍锌磁性层通过喷墨打印和激光烧结形成；通过控制NZF层的厚度和烧结程度，使NZF在弯曲时依然具有满足要求的磁性特性；通过PDMS包裹，与衬底分离后，使刚性磁性薄膜具有了柔性特性；采用喷墨打印和激光烧结，喷墨打印可印刷NZF层及银线圈层的图案；喷墨打印中使用的数字设计信息可同时用于激光烧结，使激光辐照位置沿印刷喷嘴的行进路径移动，加工步骤简单，无需高温和真空工艺，可以方便的进行低成本批量生产；聚酰亚胺层实际为聚酰亚胺胶带，将银线圈结构打印到聚酰亚胺胶带的非粘胶面，然后将打印了银线圈结构的聚酰亚胺胶带粘附到烧结后的NZF层表面。优选地，所述步骤(1)中，衬底为玻璃衬底，银牺牲层的厚度为1.2-1.8μm。优选地，所述步骤(2)中镍锌磁性层的厚度为15-25μm。通过控制印刷间距和重复印刷次数，将NZF层厚度固定在15-25μm，更为优选的，将NZF层的厚度控制在20μm。优选地，所述步骤(3)中，烧结后的镍锌磁性薄膜的介电常数为97.6，损耗正切为0.044，弯曲后的改变量小于5％。在磁共振无线能量传输系统工作频率6.78MHz处，NZF层介电常数为97.6，损耗正切为0.044，柔性可弯曲，弯曲后的改变量小于5％。激光烧结时，激光通量为64J/cm2，激光扫描速度为10mm/s。优选地，所述步骤步骤(4)中，线圈结构为平面六角螺旋、平面方形螺旋和平面圆形螺旋中的至少一种。优选地，所述步骤(7)中，去除银牺牲层的操作步骤为：切割聚二甲基硅氧烷层的外围，使银牺牲层暴露在外部，并将整个结构浸入银蚀刻剂中以去除银牺牲层使衬底分离，即得到所述的带磁性的柔性无线能量传输接收模块。本专利技术的带磁性的柔性无线能量传输接收模块，NZF层、PI保护层和银线圈层由PDMS包裹形成保护层；具有柔性特性，弯曲后依然能正常无线传输能量；柔性磁性薄膜融入柔性无线能量接收模块，增强了发射线圈和接收线圈之间的磁耦合，提高了无线能量传输效率，而且有效防止无线能量传输的磁场干扰附近的导电物体或电子设备。本专利技术的制备方法中，镍锌磁性层通过喷墨打印和激光烧结形成；通过控制NZF层的厚度和烧结程度，使NZF在弯曲时依然具有满足要求的磁性特性；通过PDMS包裹，与衬底分离后，使刚性磁性薄膜具有了柔性特性；采用喷墨打印和激光烧结，喷墨打印可印刷NZF层及银线圈层的图案；喷墨打印中使用的数字设计信息可同时用于激光烧结，使激光辐照位置沿印刷喷嘴的行进路径移动，加工步骤简单，无需高温和真空工艺，可以方便的进行低成本批量生产。附图说明图1是本专利技术实施例1的结构示意图；图2为本专利技术的玻璃衬底未与银牺牲层分离前的剖面图。图中：1、玻璃衬底；2、银牺牲层；3、NZF层；4、PI层；5、银线圈层；6、PDMS层。具体实施方式为更好的理解本专利技术，下面的实施例是对本专利技术的进一步说明，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例1如图1所示，本实施例涉及一种带磁性的柔性无线能量传输接收模块,由玻璃衬底1、银牺牲层2、镍锌磁性层(NZF层)3、聚亚酰胺层(PI层)4、银线圈层5和PDMS层6构成。其中银线圈层为采Ag油墨将线圈结构打印到聚亚酰胺层的表面，线圈结构为平面六角螺旋、平面方形螺旋、平面圆形螺旋或者它们任一的组合。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带磁性的柔性无线能量传输接收模块,其特征在于：包括磁性薄膜和包覆在磁性薄膜外围的柔性层，所述磁性薄膜包括从下至上依次连接的镍锌磁性层、聚酰亚胺层和银线圈层；所述柔性层为聚二甲基硅氧烷层。

【技术特征摘要】
1.一种带磁性的柔性无线能量传输接收模块,其特征在于：包括磁性薄膜和包覆在磁性薄膜外围的柔性层，所述磁性薄膜包括从下至上依次连接的镍锌磁性层、聚酰亚胺层和银线圈层；所述柔性层为聚二甲基硅氧烷层。2.一种如权利要求1所述的带磁性的柔性无线能量传输接收模块的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)准备衬底，使用Ag油墨在衬底表面印刷Ag层制得银牺牲层；(2)在银牺牲层表面印刷一定厚度的镍锌磁性层；(3)对镍锌磁性层进行激光烧结；(4)使用Ag油墨打印线圈结构于聚酰亚胺层的表面，制得银线圈层；(5)将聚酰亚胺粘附在在烧结后的镍锌磁性层表面；(6)将所述步骤(5)得到的产物浸没在聚二甲基硅氧烷溶液中，然后使包裹于产物表面的聚二甲基硅氧烷固化，制得聚二甲基硅氧烷层；(7)去除银牺牲层，从而使衬底分离，即得到所述的带磁性的柔性无线能量传输接收模块。3.根据权利要求2所述的带磁性的柔性无线能量传输接收模块的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：石新智，祝晖博，叶双莉，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42