一种压电纳米发电机制造技术

本实用新型专利技术公开了一种压电纳米发电机，包括压电材料层和压电电极层；压电电极层数量为两层，分别作为正负电极设置在压电材料层上下表面，设置有两层压电电极层的压电材料层呈S形弯折，形成叠层结构，相同电极的压电电极层贴合设置，形成贴合层，不同电极的贴合层依次交错设置。克服了单层的压电纳米发电机对外载荷响应程度小所导致的输出电压低的缺陷，提高压电纳米发电机的输出功率密度。压电纳米发电机的输出功率密度。压电纳米发电机的输出功率密度。

【技术实现步骤摘要】
一种压电纳米发电机


[0001]本技术属于压电发电新能源领域，涉及一种压电纳米发电机。

技术介绍

[0002]目前的以压电薄膜为压电材料的压电纳米发电机主要以单层压电薄膜纳米发电机为主。压电纳米发电机的基本原理是：压电材料在受到外加载荷时发生形变，内部产生极化现象，在材料体表面出现符号相反的电荷，产生的电荷密度与外载荷的大小成正比。当纳米线在外载荷下动态拉伸或压缩时，纳米线中产生压电电势，相应瞬变电流在两端流动以平衡纳米能级，从而产生电能。
[0003]根据压电材料的压电效应，压电纳米发电机能够从环境中收集微弱的机械能并将其转换为电能。然而，单层的压电纳米发电机对外界的载荷响应程度小，产生的压电效应微弱导致压电纳米发电机的输出电压低，不能提供高的输出功率密度。

技术实现思路

[0004]本技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种压电纳米发电机，克服了单层的压电纳米发电机对外载荷响应程度小所导致的输出电压低的缺陷，提高压电纳米发电机的输出功率密度。
[0005]为达到上述目的，本技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]压电纳米发电机，包括压电材料层和压电电极层；
[0007]压电电极层数量为两层，分别作为正负电极设置在压电材料层上下表面，设置有两层压电电极层的压电材料层呈S形弯折，形成叠层结构，相同电极的压电电极层贴合设置，形成贴合层，不同电极的贴合层依次交错设置。
[0008]优选的，最上层或最下层的两层压电电极层分别连接有整流电路的正负极。
[0009]优选的，压电材料层的厚度为20nm到20mm。
[0010]优选的，压电材料层采用压电陶瓷、氧化物和聚合物的任意一种或混合物制成。
[0011]进一步，所述压电陶瓷包括锆钛酸铅、氧化锌或聚偏氟乙烯。
[0012]优选的，压电电极层的厚度为10nm到10mm。
[0013]进一步，压电电极层采用金属、金属合金或金属氧化物制成。
[0014]优选的，两层压电电极层采用磁控溅射法制成。
[0015]优选的，两层压电电极层采用电镀或印刷铺覆在压电材料层上下表面。
[0016]与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：
[0017]本技术通过将设置有两层压电电极层的压电材料层呈S形弯折，形成叠层结构，能够增强对外界载荷的响应强度，能够承受更大的载荷，输出高电压，而且S形弯折形成的叠层结构，相同电极的压电电极层贴合设置，能够避免因为正负压电电极层的接触相反造成电荷的中和从而导致压电纳米发电机的输出功率密度、驱动指向和转换效率的降低。
附图说明
[0018]图1为本技术的结构示意图；
[0019]图2为本技术的图1的A
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A向截面图；
[0020]图3为本技术的与整流电路连接示意图；
[0021]图4为本技术的单层结构压电纳米发电机受力示意图；
[0022]图5为本技术的叠层结构压电纳米发电机受力示意图；
[0023]图6为本技术的单层结构压电纳米发电机的实际测试输出结果图；
[0024]图7为本技术的叠层结构压电纳米发电机的实际测试输出结果图。
[0025]其中：1
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正压电电极层；2
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压电材料层；3
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负压电电极层；4
‑
整流电路。
具体实施方式
[0026]下面结合附图对本技术做进一步详细描述：
[0027]本技术提供压电纳米发电机，如图1所示，该压电纳米发电机包括正压电电极层1、压电材料层2和负压电电极层3，所述的正压电电极层1和负压电电极层3通过磁控溅射法形成压电材料层2的两侧电极，然后呈S形弯折，形成叠层结构，实现压电纳米发电机。相同电极的压电电极层贴合设置，形成贴合层，不同电极的贴合层依次交错设置。
[0028]本技术不限制压电材料层表面的正压电电极层1和负压电电极层3的具体施加方法，只要其能够使得在压电材料层表面形成电极层即可。例如，正压电电极层1和负压电电极层3可以通过电镀，印刷方法等等。
[0029]叠层后的每一压电层与相邻的压电层电极接触时都是相对应的正负压电电极层，如图2所示。避免压电纳米发电机工作时，因为正负压电电极层的接触相反造成电荷的中和从而导致压电纳米发电机的输出功率密度，驱动指向和转换效率的降低。
[0030]在根据本技术的叠层结构纳米发电机中，未叠层前的压电纳米发电机的结构可以采用单层结构压电纳米发电机，其中，该单层压电纳米发电机可以包括依次正压电电极层1、压电材料层2和负压电电极层3。正压电电极层1和负压电电极层3可以由诸如金属、金属合金、金属氧化物(例如氧化铟)等导电材料形成，其厚度可以为10nm到10mm。压电材料层2可以由锆钛酸铅(PZT)、氧化锌、聚偏氟乙烯(PVDF)等压电陶瓷以及氧化物或聚合物等材料形成，其厚度可以为20nm到20mm。另外，单层结构压电纳米发电机的压电极化方向可上可下，本技术对此不进行限制。
[0031]应当理解的是，上述单层压电纳米发电机的结构仅是示例，实际上，本技术对单层压电纳米发电机的结构具体结构不进行限制，也即任何结构的压电材料层构成的单层压电纳米发电机结构均可应用于本技术的叠层结构的纳米发电机的结构中。
[0032]根据本技术的一个优选实施方式，在根据本技术的压电纳米发电机中，所述的叠层层数优选为多层。以下对此进行详细描述。
[0033]如图1的压电纳米发电机剖面示意图所示，压电纳米发电机的叠层数可以是三层，也可以是N层，根据实际需要的压电纳米发电机的厚度来决定，本实用型不做限制。
[0034]以下以图1所示的叠层结构纳米发电机为例来描述根据本技术的叠层结构纳米发电机的工作原理：当叠层结构的压电纳米发电机受到外界机械刺激时，由叠层结构形成的每一层压电材料层2发生形变从而在对应的该压电材料层2的上下表面上产生电势差，
并使得形成的每一层压电材料层2相邻的正压电电极层1和负第二压电电极层3的表面上感应出相反的电荷，在外电路接通的情况下就会发生电荷定向移动并形成电流，从而输出电能。这样就实现了根据本技术的叠层结构的纳米发电机利用机械能进行发电的目的。
[0035]另外，图3中示出了叠层结构纳米发电机的电路连接形式。其中，叠层结构的压电纳米发电机的正压电电极层1和负压电电极层3作为压电公共电极，收集每一压电层在受到机械刺激时产生形变形成的电荷，该公共电极与整流电路4相连，通过整流电路将收集到的电荷输出为电流。
[0036]如图4所示，单层结构压电纳米发电机与叠层结构压电纳米发电机相比，在受到等大的能够使压电纳米发电机产生形变的压力时，单层结构压电纳米发电机只有一层压电层产生形变，在压电层两侧产生相应的正负电荷。如图5所示，而叠层结构压电纳米发电机随着折本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压电纳米发电机，其特征在于，包括压电材料层（2）和压电电极层；压电电极层数量为两层，分别作为正负电极设置在压电材料层（2）上下表面，设置有两层压电电极层的压电材料层（2）呈S形弯折，形成叠层结构，相同电极的压电电极层贴合设置，形成贴合层，不同电极的贴合层依次交错设置。2.根据权利要求1所述的压电纳米发电机，其特征在于，最上层或最下层的两层压电电极层分别连接有整流电路（4）的正负极。3.根据权利要求1所述的压电纳米发电机，其特征在于，压电材料层（2）的厚度为20nm到20mm。4.根据权利要求1所述的压电纳米发电机，其特征在于，压电材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：张昌松，王如鹏，魏立柱，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：新型
国别省市：