【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及压电薄膜加工，尤其涉及一种多向能量收集的褶皱型压电薄膜及其制备方法。
技术介绍
1、近年来，对各种微机电系统和便携式微小电子设备的需求与日俱增，应用领域涉及国防、工业、生产、生活等各个方面。在军事应用方面，可用于监视位置、物资、兵力等信息，侦察生物和化学攻击；在环境应用方面，可用于监测各类生态环境、水位、农作物、污染情况等；在医疗卫生方面，可用于监测患者综合状况、植入式医疗设备等；在日常生活方面，各种随身影音设备、手机、平板电脑等便携式电子设备日益增多，已经成为人们生活中不可或缺的一部分,各类微小型电子设备的研究难点之一在于如何解决供电问题。受位置、体积、便携程度等因素的影响，要求供电装置具有体积小、工作寿命长、集成度高等特点。然而，目前多数电子设备采用电池供电，由此带来供电寿命有限、特殊场合更换困难、环境污染等问题。
2、材料科学、力学和制造业的最新发展使压电器件能够以薄、柔性的形式构建，在某些情况下，还可以机械拉伸。这些结果允许轻型、柔顺的机电系统直接小型化，适用于安装在几乎任何类型的表面上，其性能特性可以与传统刚性设备相匹配。这些技术利用了压电材料相互转换机械和电气形式能量的能力。电力可以由与操作机械、人体运动和环境源（如波浪、风等）相关的振动产生。类似地，将电场应用于压电材料会产生良好控制的机械力，用于机器人、生物医学设备和计量工具的驱动。
3、传统的压电薄膜一般是单方向压电薄膜，通常用于在特定方向上最大程度地能量收集。这意味着如果来自其他方向的振动或压力源存在，该薄膜可能无法有效地
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种多向能量收集的褶皱型压电薄膜及其制备方法，提高压电薄膜的综合性能。
2、技术方案：本专利技术所述的一种多向能量收集的褶皱型压电薄膜，所述压电薄膜由多个独立收集能量的鼓泡单体呈阵列化拓展分布形成的薄膜结构，所述压电薄膜通过各个鼓泡单体协同收集能量并累计输出。
3、优选的，所述鼓泡单体为中央高、四周低的类椭圆桶状的中空鼓泡结构，沿着其轴向上下面呈离轴圆弧面；所述鼓泡单体的轴向两端分别开设有轴向通孔，其径向两端分别开设有径向通孔。
4、优选的，所述鼓泡单体在受到垂直方向、轴向向外和径向向外的外力产生响应并且叠加产生形变实现环境能量收集。
5、优选的，所述压电薄膜包括n排*m列的鼓泡单体；沿着每一排设置的多个鼓泡单体通过其两端的连接端面固定连接成一体结构；每一列的多个鼓泡单体通过其连接位设置的连接薄块固定连接成一体结构，相邻两个鼓泡单体之间由连接薄块围成形变位槽。
6、本专利技术还公开了一种压电薄膜的制备方法，包括以下步骤：
7、步骤1：使用solidworks软件构建压电薄膜结构模型；
8、步骤2：配置压电光固化树脂复合材料的打印墨水；
9、步骤3：将步骤1中构建的褶皱型压电薄膜的3d结构分层切片转换成一系列2d位图图像作为动态掩模；
10、步骤4：将步骤3准备好的打印文件导入3d打印机后，设置打印层厚为20μm，每层光照时间为30s，光源为405nm紫外光，启动3d打印机开始打印；
11、步骤5：打印完成后，将打印实物在def溶剂中漂洗2~6min去除未聚合的残余材料；将打印实物置紫外光曝光10-20min，交联强化压电薄膜结构。
12、优选的，步骤1中压电薄膜的具体构建步骤：
13、步骤11：先构建一个鼓泡单体薄膜结构；
14、步骤12：将鼓泡单体沿着其径向阵列化等间距排布，并通过连接薄块连接相邻鼓泡单体形成单列薄膜结构；
15、步骤13：将步骤12形成的单列薄膜结构沿着其轴向阵列排布形成褶皱型压电薄膜结构。
16、优选的，步骤2中压电光固化树脂复合材料包括以下重量份配比各组分：15~35重量份的压电材料聚偏二氟乙烯粉末，40~60重量份的基体材料1,6-己二醇二丙烯酸酯单体，22~25重量份的溶剂富马酸二乙酯，2~4重量份的光引发剂，0.1~0.2重量份的紫外线吸收剂。
17、优选的，步骤2中打印墨水的具体配置步骤：
18、步骤21：按照配比将聚偏二氟乙烯粉末、1,6-己二醇二丙烯酸酯单体加入容器中，然后将富马酸二乙酯加入容器内，进行充分搅拌混合均匀；
19、步骤22：按照配比依次将光引发剂、紫外线吸收剂加入步骤21中的容器中搅拌均匀，即得打印墨水。
20、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
21、1、本专利技术的压电薄膜结构，可在受到三维空间各个方向外力时将多向受力进行叠加，能够发生更大的形变，通过压电效应进行能量收集，解决传统薄膜结构只能收集单一方向的外力产生的能量，减少能量浪费，提高能量收集的效率；
22、2、该褶皱型压电薄膜结构采用压电光固化树脂复合材料的打印墨水和光固化3d打印工艺，不仅解决了该压电薄膜复杂的微结构难以制备的问题，还提高了该结构的压电薄膜的制备精度和效率。
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1.一种多向能量收集的褶皱型压电薄膜，其特征在于，所述压电薄膜（100）由多个独立收集能量的鼓泡单体（1）呈阵列化拓展分布形成的薄膜结构，所述压电薄膜（100）通过各个鼓泡单体（1）协同收集能量并累计输出。
2.根据权利要求1所述的多向能量收集的褶皱型压电薄膜，其特征在于，所述鼓泡单体（1）为中央高、四周低的类椭圆桶状的中空鼓泡结构，沿着其轴向上下面呈离轴圆弧面；所述鼓泡单体（1）的轴向两端分别开设有轴向通孔（11），其径向两端分别开设有径向通孔（12）。
3.根据权利要求2所述的多向能量收集的褶皱型压电薄膜，其特征在于，所述鼓泡单体（1）在受到垂直方向、轴向向外和径向向外的外力产生响应并且叠加产生形变实现环境能量收集。
4.根据权利要求2或3所述的多向能量收集的褶皱型压电薄膜，其特征在于，所述压电薄膜（100）包括n排*m列的鼓泡单体（1）；沿着每一排设置的多个鼓泡单体（1）通过其两端的连接端面（13）固定连接成一体结构；每一列的多个鼓泡单体（1）通过其连接位（14）设置的连接薄块（2）固定连接成一体结构，相邻两个鼓泡单体（1）之间由连接薄块
5.一种如权利要求4所述的压电薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的压电薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1中压电薄膜（100）的具体构建步骤：
7.根据权利要求5所述的压电薄膜的制备方法，其特征在于，步骤2中压电光固化树脂复合材料包括以下重量份配比各组分：15~35重量份的压电材料聚偏二氟乙烯粉末，40~60重量份的基体材料1,6-己二醇二丙烯酸酯单体，22~25重量份的溶剂富马酸二乙酯，2~4重量份的光引发剂，0.1~0.2重量份的紫外线吸收剂。
8.根据权利要求7所述的压电薄膜的制备方法，其特征在于，步骤2中打印墨水的具体配置步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种多向能量收集的褶皱型压电薄膜，其特征在于，所述压电薄膜（100）由多个独立收集能量的鼓泡单体（1）呈阵列化拓展分布形成的薄膜结构，所述压电薄膜（100）通过各个鼓泡单体（1）协同收集能量并累计输出。
2.根据权利要求1所述的多向能量收集的褶皱型压电薄膜，其特征在于，所述鼓泡单体（1）为中央高、四周低的类椭圆桶状的中空鼓泡结构，沿着其轴向上下面呈离轴圆弧面；所述鼓泡单体（1）的轴向两端分别开设有轴向通孔（11），其径向两端分别开设有径向通孔（12）。
3.根据权利要求2所述的多向能量收集的褶皱型压电薄膜，其特征在于，所述鼓泡单体（1）在受到垂直方向、轴向向外和径向向外的外力产生响应并且叠加产生形变实现环境能量收集。
4.根据权利要求2或3所述的多向能量收集的褶皱型压电薄膜，其特征在于，所述压电薄膜（100）包括n排*m列的鼓泡单体（1）；沿着每一排设置的多个鼓泡单体（1...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱莉娅，周智宁，张跃瀚，施建平，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：
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