一种磁力驱动的纳米发电机制造技术

本发明专利技术涉及一种依靠磁力驱动的纳米发电机及制备方法。本发明专利技术的磁力驱动的无线纳米发电机的结构是：在至少一个基片上有两个相互绝缘的电极，在两个相互绝缘的电极上设置至少一条线状的压电材料一端，其中两个相互绝缘的电极分别处于线状压电材料与基片面平行的轴面的上方和下方，线状压电材料的另一端外伸于基片之外，并在线状压电材料的外伸端点处固定设有一个用磁性材料构成的微小颗粒，在这个微小颗粒外的附近设置有一个磁场强度可周期改变的磁场。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种纳米发电机及这种发电机的制备方法，特别是一种依靠磁力驱动的纳米发电机及制备方法。
技术介绍
纳米发电机是美国佐治亚理工学院教授、中国国家纳米科学中心海外主任王中林等在2006年首次提出并研制成功的基于纳米级压电材料的发电装置。参见王中林，宋金辉，Science, April 2006，Vol 312，No. 5771 ;王旭东，宋金辉，Science, April 2007，Vol316,No. 5821 ;秦勇，王旭东，Nature，February 2008，Vol451，No. 7180。这一装置可以整合纳米器件，为其它纳米器件提供能量，实现真正意义上的纳米系统。纳米发电机可以收集各种形式的机械能比如人体运动、肌肉收缩等所产生的能量；声波引发震动产生的能量；体液流动、血液流动和动脉收缩产生的能量等等，并最终将这些能量转化为电能提供给纳米器件。这一纳米发电机所产生的电能足够供给纳米器件或系统所需，从而让无纳米器件或纳米机器人实现能量自供。纳米发电机目前虽然仍没有投入到实际应用但其无论在生物医学、军事、无线通信和无线传感等方面广泛的应用前景是显而易见的。目前，用于制作纳米发电机的材料主要分两种，分别是压电半导体与铁电材料。最初而且也是应用最多的是氧化锌纳米线，氧化锌作为一种半导体材料具有优异的光学、生物学性能。以它为核心制制作的纳米发电机既能靠其压电性能实现机械能向电能的转换，又能依靠其生物相容性把器件植入到生物体内。铁电材料普遍具有较高的压电系数，用它来制作的纳米发电机会有更高的输出电压。纳米发电机虽然都是依靠机械能到电能的转化向外输出能量，但是由于机械能有着各种各样的表现形式，所以纳米发电机的驱动方式也有很多种。目前，已经出现的驱动方式主要有以下几种1、依靠两片基底摩擦使基底上的纳米线弯曲，从而产生压电势。参见秦勇，王旭东，Nature,February 2008, Vol 451,No. 7180。2、弯曲弹性基底使处于拉伸面的压电材料拉伸，从而产生压电势。参见朱光，杨如森，Nano Letters,July 2010,Vol 10,8。3、直接挤压使压电材料压缩，从而产生压电势。参见胡友凡，张扬，徐晨，Nano Letters,November 2010，VollO，No. 12。4、超声波驱动产生压电势。参见王旭东，Nano Letters,May 2007, Vol 7，No. 8。
技术实现思路
本专利技术提供一种制备工艺简单，制造成本低廉，重复性好，输出能量密度大，可在磁场力作用下实现无线驱动的压电材料纳米发电机，同时提供了这种电机的制备方法。本专利技术的磁力驱动的无线纳米发电机为在至少一个基片上有两个相互间绝缘的电极，在两个相互间绝缘的电极上置有至少一条线状的压电材料一端，其中两个相互绝缘的电极分别和线状压电材料上与基片面平行的轴面的上方和下方相接触，线状压电材料的另一端外伸于基片之外，并在线状压电材料的外伸端点处固定设有一个用磁性材料构成的微小颗粒，在这个微小颗粒外的附近设置有一个磁场强度可周期改变的磁场。本专利技术的发电机中所用的线状的压电材料可以是氧化锌或锆钛酸铅或铌酸锂或硫化镉或聚偏氟乙烯或钡钛氧或偏锡酸锌或锆钛酸钡钙，等。本专利技术的线状压电材料的外伸端点处固定设有一个用磁性材料构成的微小颗粒是指用磁性材料粉末，如氧化铁或与粘结材料制备的小颗粒；本专利技术的磁场强度可周期性的磁砀可以是一个安装于机械装置上的可使其与用磁性材料构成的微小颗粒间距离发生周期性改变的恒磁铁或电磁铁，也可以是固定设置在用磁性材料构成的微小颗粒外一定距离处的其磁场强度可周期性改变的电磁铁，所设置的磁场强度可周期改变的磁场位置应满足当该磁场发生改变引起线状压电材料弯曲变形时，线状压电材料与两个电极的接触点分别处于拉伸面和压缩面。需说明的是基片上的所设置的两个相互间绝缘的电极可以是两电极间沿线状压电材料长度方向有一个间隔，也可是位于线状压电材料的同一长度位置。在前一种情况下这个两电极与压电材料的接触位置分别是一 个接触位置在线状压电材料与基片面平行的轴面的上方，而另一个接触位置在前一个接触位置外的另一位置的与基片面平行的轴面的下方；在后述的情况下这个两电极与压电材料的接触位置分别是位于压电材料的同一长度处且在线状压电材料与基片面平行的轴面的上方和下方。本专利技术的这种纳米发电机在使用时，当所设的磁场改变其磁场强度时，可对线状的压电材料外伸端上所固定的由磁性材料构成的小颗粒形成周期性吸引，使线状的压电材料发生周期性的弯曲，在线状压电材料与两个电极相接触处分别产生拉伸和压缩，形成压电效应，产生电能。本专利技术的磁力驱动的无线纳米发电机可以由多个前述的磁力驱动的无线纳米发电机叠加而成。这里所述的叠加是指由前述的数个甚至是多个发电机组合，使其产生的电压或/和电流能叠加的装置。本专利技术的磁力驱动的无线纳米发电机的制备方法可以是在基片上形成第一条电极，然后把一根线状压电材料一端的一部分于基片上的第一电极接触，再用第二个电极将线状压电材料的另一部分接触，并使线状压电材料固定于基片上，线状压电材料的中另一端悬空外伸在基片外，再在外伸的氧化锌微米线尖端固定一个由磁性材料构成的颗粒，最后在在磁性材料制成的颗粒外的附近设置有一个磁场强度可周期改变的磁场，得到所需发电机。本专利技术的制备方法中线状压电材料在基片上的固定可以采用胶粘结的方法，也可采用机械装置夹紧。本专利技术的一个实施例的结构为在两个由绝缘材料制成的基片上设有条形的电极及引出导线，一条氧化锌微米线的一端分别垂直置于第一基片上的第一电极上和第二基片上的第二电极上，并且氧化锌微米线与两个电极接触点间存在绝缘空间，氧化锌微米线的另一端悬空外伸，并在其外伸端点处固定设有一个用磁性材料构成的微小颗粒，在这个微小颗粒外的下方且与氧化锌微米线及基片面相垂直方向设置有一个磁场强度可周期改变的磁体。本专利技术的这一实施例在使用时，当所设的磁场改变其磁场强度时，可对氧化锌微米线的外伸端上所固定的由磁性材料构成的小颗粒形成周期性吸引，使线状的氧化锌微米线发生周期性的弯曲，在氧化锌微米线与两个电极相接触处分别产生拉伸和压缩，形成压电效应，产生电能。本专利技术的一种磁力驱动的无线纳米发电机可以由多个前述的单个磁力驱动的无线纳米发电机叠加而成。磁力驱动的无线纳米发电机的制备方法是在分别在两个由绝缘材料制成的第一和第二基片上形成条形电极，然后把一根氧化锌微米线置于第一基片上，并且使氧化锌微米线的一部分悬空外伸在第一基片外部，氧化锌微米线的另一部分处于第一基片之上，并且氧化锌微米线有一部分与第一基片上第一条形电极接触，而氧化锌微米线的末端位于第一条形电极之外，再将第二基片置于第一基片上，使第一基片与第二基片上两条银电极平行或大致平行不相交，分别在第一电极与第二电极上引出导线，挤压第一基片与第二基片使氧化锌微米线与两电极紧密接触，且使整条氧化锌微米线与第一电极和第二电极垂直或大致垂直，用绝缘胶将第一基片与第二基片固定，再在外伸的氧化锌微米线尖端制出一个 由磁性材料构成的颗粒，最后在在磁性材料制成的颗粒外且与氧化锌微米线及基片面的下方或上方设置有一个磁场强度可周期改变的磁场，得到所需发电机。本专利技术的优点在于I、本专利技术首本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁力驱动的无线纳米发电机，其特征在于在至少一个基片上有两个相互间绝缘的电极，在两个相互间绝缘的电极上置有至少一条线状的压电材料一端，其中两个相互绝缘的电极分别和线状压电材料上与基片面平行的轴面的上方和下方相接触，线状压电材料的另一端外伸于基片之外，并在线状压电材料的外伸端点处固定设有一个用磁性材料构成的微小颗粒，在这个微小颗粒外的附近设置有一个磁场强度可周期改变的磁场。2.一种磁力驱动的无线纳米发电机，其特征在于由多个权利要求I所述的磁力驱动的无线纳米发电机叠加而成。3.权利要求I或2所述的磁力驱动的无线纳米发电机的制备方法，特征在于在基片上形成第一条电极，然后把一根线状压电材料一端的一部分于基片上的第一电极接触，再用第二个电极将线状压电材料的另一部分接触，并使线状压电材料固定于基片上，线状压电材料的中另一端悬空外伸在基片外，再在外伸的氧化锌微米线尖端固定一个由磁性材料构成的颗粒，最后在在磁性材料制成的颗粒外的附近设置有一个磁场强度可周期改变的磁场，得到所需发电机。4.一种磁力驱动的无线纳米发电机，其特征在于在两个由绝缘材料制成的基片上设有条形的电极及引出导线，一条氧化锌微米线的一端分别垂直置于第一基片上的第一电极上和第二基片上的第二电极上，并且氧化锌微米线与...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦勇，崔暖洋，吴巍炜，白所，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：