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(c)PZT压电厚膜键合 减薄工艺

2019-05-18 07:51

  原标题:苏州大学Appl. Phys. Rev. 特邀综述:压电能量收集技术在材料、机制、应用等方面的研究进展综述

  在过去十几年,能量收集技术得到了显著发展,能量收集器通过将环境能源转换为电能,可以为小型低功耗设备进行可持续的供电,在无线传感、数据传输、微纳驱动、植入式医疗等方面有广泛应用前景。压电能量收集技术作为其中的重要研究方向,具有结构简单、功率密度高和良好的可扩展性等优点,一直备受研究学者关注。然而压电能量收集器的功率输出取决于许多内在和外在因素,这导致功率输出范围从纳瓦到毫瓦量级变化。

  图一:压电能量收集技术概述构架图,包括材料和制造技术,基本结构与性能改善机制,以及应用展望。

  (a)压电材料的d33模式和d31模式; (b)串联和并联连接的d31模式双压电晶片悬臂梁结构示意图; (c)d31模式和d33模式单压电晶片悬臂梁结构示意图。

  (a)ZnO的原子模型和轴向应变下氧化锌纳米线ZnO NW中压电电位分布;(b)基于ZnO NW的纳米发电机阵列及其SEM图;(c)该纳米发电机阵列的开路电压和短路电流输出图。

  (a)PZT的原子模型;(b)采用气溶胶沉积和ILLO转印工艺制备的柔性PZT能量采集器的工艺示意图;(c)当人手弯曲柔性PZT能量收集器可点亮208个蓝色LED;(d)基于KNLN的柔性压电能量收集器;(e)柔性KNLN能量收集器产生的输出电压和电流信号。

  (a)β相PVDF的分子模型;(b)基于近场静电纺丝技术制备PVDF压电纳米发电机;(c)具有不同特征尺寸的PVDF纳米发电机的能量转换效率的曲线图;(d)规则阵列的P(VDF-TrFE)纤维膜的照片和SEM图像;(e)基于P(VDF-TrFE)的发电机在1Hz循环弯曲下的开路电压;(f)全纤维压电织物的横截面SEM图像;(g)2D和3D压电织物在施加压力后的总输出功率变化。

  (a)具有微气泡结构的压电驻极体聚合物(细胞丙烯-cellular propylene);(b)蜂窝状压电驻极体内部的电偶极子的示意图;(c)蜂窝状驻极体能量收集器的工作机理示意图;(d)PET / EVA / PET夹层结构压电陶瓷的当量d33压电系数值;(e)压电驻极体能量收集器的峰值电流和功率密度输出。

  (a)具有压电特性的M13噬菌体;(b)基于M13噬菌体的能量收集器照片;(c)基于M13噬菌体的能量收集器峰值电流幅度与应变和应变率的关系图; (d)基于CatlaCatla鱼的鱼鳔的压电发电机照片;(e)基于鱼鳔的发电机的不同应力的整流后输出电压曲线。

  通过使用(a)PZT压电薄膜沉积工艺;(b)CMOS兼容AlN薄膜沉积工艺; (c)PZT压电厚膜键合减薄工艺,实现微结构梁制备。

  (a)基于激光剥离的压电薄膜能量收集器; (b)使用牺牲层实现转移的带状PZT纳米发电机; (c)通过转移技术在塑料基板上制备钛酸钡压电薄膜纳米发电机。

  (a)串联型弹簧-质量结构; (b)三级联压电梁结构;(c)并联型弹簧-质量结构;(d)基于三弹簧并联结构的多模态压电能量收集器。

  不同非线性振动能量收集器的(a)弹性恢复力和(b)势能阱; (c)单稳态振子的频率响应。

  通过引入(a)机械拉伸; (b)机械预载; 和(c)磁力,实现非线性频率响应。

  (a)磁性吸引诱导的双稳态特性; (b)磁性排斥诱导的双稳态特性; (c)机械载荷引起的双稳态特性。

  (a)压电驱动鞋可实现无线射频标签发射; (b)使用PVDF卷制作的鞋内底计步器; (c)动能收集数据记录器识别人体活动; (d)可穿戴式自供电呼吸传感器;(e)用于心脏起搏器的微型血压能量收集器; (f)使用柔性PIMNT能量收集装置进行实时自供电深部脑刺激;(g)基于压电薄膜的可植入和自供电的血压监测; (h)采集心脏跳动的柔性能量采集器实现自供电无线传输。

  (a)自供电无线温湿度传感节点; (b)自供电微型压电收集系统集成; (c)信用卡大小的自供电智能标签; (d)MicroGen公司为工业和建筑无线传感器应用提供的微能源产品

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