双稳态压电元件的成型方法及压电能量收集器技术

本发明专利技术涉及一种双稳态压电元件的成型方法及压电能量收集器，采用皮秒激光方式切割压电层和雕刻电极能够最大程度的减少压电层电极的丢失，同时采用纳秒激光方式切割金属基层形成压电梁和支撑梁，同时压电梁和支撑梁因纳秒激光热处理产生的残余应力下产生分布均匀形变，且因压电梁与支撑梁的宽度差异使得压电梁产生屈曲变形而具备双稳态特征；并基于双稳态压电元件组成双稳态压电能量收集器、四稳态压电能量收集器和多稳态压电能量收集器用于压电能量收集，且效率高。且效率高。且效率高。

【技术实现步骤摘要】
双稳态压电元件的成型方法及压电能量收集器


[0001]本专利技术涉及可再生能源发电
，具体而言，涉及一种双稳态压电元件的成型方法及压电能量收集器。

技术介绍

[0002]近年来人们对环保型能源需求的不断增长；同时，随着诸如物联网(IoT)等技术的不断发展，无线传感器及其他各种无线设备被大量部署。这些设备由于环境所限，供能问题也日益突出；目前广泛使用的电池技术也逐渐在容量和体积等多方面面临挑战；压电能量采集(PEH)技术捕获周围环境广泛存在的振动能并转化为电能，绿色环保，环境适应性强；它在满足能源多样化需求的同时，也为诸如物联网等特定应用场景下的设备自供能提供了新的发展方向。
[0003]为了适应更多复杂的环境振动工况，具有宽频特征的双稳态及多稳态压电能量收集器是这一种潜在的解决方案；例如中国专利公开号为：CN114039509A公开了一种基于波形弹簧和悬臂梁组成的双稳态压电能量收集装置，具有更易突破非线性势能阱限制的特性；中国专利公开
号
为：CN106452178A公开了一种由磁力控制的非悬臂式宽频带双稳态压电能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双稳态压电元件的成型方法，双稳态压电元件(1)包括金属层(1.1)和至少一层的压电层(1.2)，所述压电层(1.2)设在金属层(1.1)上，其特征在于，所述成型方法具体包括：步骤1、选取压电陶瓷晶片(2)，所述压电陶瓷晶片(2)包括金属基层(2.1)和至少一层的压电基层(2.2)；步骤2、采用皮秒激光的方式对压电基层进行预设尺寸的切割，切割得到双稳态压电元件预设尺寸的压电层(1.2)；步骤3、采用皮秒激光方式对切割后的压电层表面进行电极雕刻得到电极(1.3)；步骤4、采用纳秒激光的方式在金属基层(2.1)对应压电层(1.2)长度方向的两侧切割出预设宽度的槽道(1.4)；步骤5、采用纳秒激光的方式对金属基层进行预设尺寸的切割，得到双稳态压电元件预设尺寸的金属层(1.1)；所述金属层(1.1)对应两条槽道(1.4)之间的部位为压电梁(1.1.1)，所述金属层(1.1)对应槽道(1.4)的外侧部位为支撑梁(1.1.2)，所述压电梁(1.1.1)与支撑梁(1.1.2)因纳秒激光产生残余应力产生形变，所述压电梁(1.1.1)与支撑梁(1.1.2)之间的宽度差异致使压电梁(1.1.1)产生屈曲变形。2.根据权利要求1所述的双稳态压电元件的成型方法，其特征在于，所述压电层(1.2)经过步骤2的切割后，对压电层(1.2)进行极化操作。3.根据权利要求1所述的双稳态压电元件的成型方法，其特征在于，所述步骤1的压电陶瓷晶片(2)为压电陶瓷单晶片或压电陶瓷双晶片；所述金属层(1.1)为不锈钢材料或铜合金材料，所述压电层(1.2)为压电陶瓷材料或压电聚合物材料。4.一种基于权利要求1至3任一项所述双稳态压电元件的多稳态压电能量收集器，其特征在于，包括安装框架(3)和四个双稳态压电元件(1)，所述安装框架(3)的表面开设有安装槽(3.1)，所述安装框架(3)上设有能量收集电路元件(4)和用于输出的探针(5)，所述探针(5)与能量收集电路元件(4)电连接；所述双稳态压电元件(1)的一端固定在安装槽(3.1)的槽边，且所述双稳态压电元件(1)通过导线(6)与能量收集电路元件(4)电连接，所述双稳态压电元件(1)的另一端水平延伸至安装槽(3.1)并呈水平悬挂状态，所述双稳态压电元件(1)延伸至安装槽(3.1)的端部固定有质量块(7)。5.根据权利要求4所述的多稳态压电能量收集器，其特征在于，四个所述双稳态压电元件(1)平均设在安装槽(3.1)相对两侧的槽边，所述安装槽(3.1)相对两侧的双稳态压电元件(1)之间错开分布。6.根据权利要求4所述的多稳态压电能量收集器，其特征在于，四个所述双稳态压电元件(1)的固有频率不同。7.一种基于权利要求1至3任一项所述双稳态压电元件的四稳态压电能量收集器，其特征在于，包括第一固定支架(8)、第一双稳态压电元件...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘殿坤，梁勇，盛骞，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：