[发明专利]一种宽频带静电微能量采集器、采集系统及其制备方法

说明书

本发明涉及一种宽频带静电微能量采集器、采集系统及其制备方法，包括依次设置上电极、高弹性聚合物薄膜、下电极和支架，以及固定粘结于上电极的中间位置的质量块、与上电极连接的上电极引线和与下电极连接的下电极引线；上电极和高弹性聚合物薄膜贴合连接；支架的中部在背离高弹性聚合物薄膜的方向设有凹槽，支架的两端与高弹性聚合物薄膜贴合连接；下电极贴合在凹槽内部；下电极和高弹性聚合物薄膜之间形成空腔。与现有技术相比，本发明具有结构简单，谐振频率可调，宽频带等优点，可用于环境振动能量采集、人体运动能量采集等等。

技术领域

本发明涉及功能器件技术领域，尤其是涉及一种宽频带静电微能量采集器。

背景技术

随着微机电系统技术和集成电路技术的不断发展，小尺寸、低功耗的微电子设备的研发取得了巨大进展。而与之相关的微型能源技术的发展却相对滞后，同时由于化学电池尺寸大、寿命有限和需要更换等缺点，在一些微电子产品中的应用受到了限制，尤其对于目前发展迅速的无线传感网络和嵌入式系统，这种缺陷将表现得更加明显。利用自然界中无处不在的高能量密度的振动能，并将其转化为电能,进而为低功耗电子器件提供持续电能，成为新能源技术领域的热点之一。

中国专利CN106225811A公布了一种带发电功能的柔性压电传感器阵列及其制作方法，该传感器阵列包括封装在柔性保护膜内，依次设置的阵列层、柔性绝缘层及柔性发电膜。与现有技术相比，本发明将柔性压电传感器阵列与机械能俘获单元有机结合在一起，同时具有传感和机械能俘获功能。用该方法制备的成品器件具有柔韧性好、轻薄、灵敏度高、成本低、自供能等特点，可用于机器人肌肤、触觉传感系统、柔性键盘、智能坐垫、智能地板等。但是该专利技术得到的柔性压电传感器在长度方向上不具备自由伸缩的功能，其共振频率不可以调节，导致能量采集的频率范围较窄，不利于提高其能量采集效率。此外利用该专利技术制备的成品器件要想实现较高的输出功率需要对其施加较大的作用力，即作为能量采集器需要较大的振子质量，导致其成品器件不易于小型化。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种宽频带静电微能量采集器及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种宽频带静电微能量采集器，包括依次设置上电极、高弹性聚合物薄膜、下电极和支架，以及固定粘结于所述上电极的中间位置的质量块、与所述上电极连接的上电极引线和与所述下电极连接的下电极引线；

所述上电极和高弹性聚合物薄膜贴合连接；

所述支架的中部在背离所述高弹性聚合物薄膜的方向设有凹槽，所述支架的两端与所述高弹性聚合物薄膜贴合连接；

所述下电极贴合在所述凹槽内部。

所述下电极和支架中部的凹槽为弧形、三角形或者梯形凹槽。

所述高弹性聚合物薄膜的一侧表面与上电极连接，另一侧的表面注入真实电荷；

在所述高弹性聚合物薄膜的表面注入真实电荷的方法选自电晕极化、接触法充电、离子注入或电子束注入。

所述高弹性聚合物薄膜为聚合物通过流延、压印或浇注方法制备得到的高弹性聚合物薄膜，所述聚合物选自PTFE、FEP、COC、PET、PI、PE、PEN、Cytop或PP中的一种；

所述支架的材质选自PET、有机硅橡胶或金属弹簧片等；

所述上电极和下电极的材质选自铝、金、银、合金、石墨或石墨烯。

本发明还提供了一种宽频带静电微能量采集系统，采用上述的宽频带静电微能量采集器对称设置而成；

所述上电极、高弹性聚合物薄膜、下电极和支架均设有两套，并且呈对称布置；