收集環(huán)境振動(dòng)能微壓電發(fā)電裝置的制作與測(cè)試.pdf

1、近年來(lái)，隨著集成電路技術(shù)和微/納機(jī)電技術(shù)的不斷提高，無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)及便攜式微電子產(chǎn)品應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但是如何給MEMS電子產(chǎn)品供能成了目前亟待解決的問(wèn)題。
　　 為解決傳統(tǒng)的電池體積大、壽命短，無(wú)法滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)、嵌入式系統(tǒng)等新技術(shù)的供能要求這一難題，人們開(kāi)始研究環(huán)境能量采集技術(shù)，它是利用環(huán)境中存在的各種能量，將其轉(zhuǎn)化為電能并儲(chǔ)存起來(lái)，為電子系統(tǒng)提供電能?？捎糜谀芰渴占c轉(zhuǎn)化的環(huán)境能量有太陽(yáng)能、振動(dòng)機(jī)械能、溫度梯度等等。振

2、動(dòng)機(jī)械能是一種存在范圍很廣的能量形式，尤其在許多人們比較難以進(jìn)入的地方都有振動(dòng)源存在，研究振動(dòng)能量收集技術(shù)具有更普遍的意義。
　　 環(huán)境振動(dòng)驅(qū)動(dòng)的微型壓電發(fā)電工作原理是利用環(huán)境振動(dòng)激勵(lì)壓電懸臂梁發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生受追振動(dòng)，從而引起壓電體在激振力作用下發(fā)生機(jī)械應(yīng)變，經(jīng)材料內(nèi)部機(jī)電耦合轉(zhuǎn)換將機(jī)械應(yīng)變能轉(zhuǎn)換為電能，在壓電薄膜的表面產(chǎn)生電荷，通過(guò)外電路對(duì)電荷進(jìn)行收集和處理，從而作為微電池為微功耗的微型器件供電。
　　 本文利用ANSY

3、S有限元分析模型中的壓電耦合模塊對(duì)微型壓電發(fā)電裝置進(jìn)行了仿真分析，得到懸臂梁的幾何參數(shù)與系統(tǒng)的固有頻率及輸出電壓的關(guān)系，為后續(xù)懸臂梁的制作提供了參考。
　　 本文是在文獻(xiàn)[17]的基礎(chǔ)上，針對(duì)微型發(fā)電裝置的微加工制作工藝進(jìn)行了研究。首先，改進(jìn)了用溶膠-凝膠法制備PZT壓電薄膜的熱處理工藝，提高了壓電薄膜的壓電性能，同時(shí)對(duì)制備的PZT壓電薄膜進(jìn)行了性能表征分析。利用改進(jìn)的PZT熱處理工藝制備的壓電薄膜其剩余極化強(qiáng)度高于文獻(xiàn)[17]

4、中制備的PZT薄膜，其嬌頑場(chǎng)強(qiáng)更加穩(wěn)定，更適合作為存儲(chǔ)器；其次，改進(jìn)了制作硅基壓電懸臂梁的微加工工藝，解決了懸臂梁尖端質(zhì)量塊的制作問(wèn)題，大大降低了懸臂梁的固有頻率，并采用干法、濕法刻蝕技術(shù)和薄膜圖形化等工藝制作出硅基壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)。通過(guò)改進(jìn)的MEMS工藝制備的壓電懸臂梁其固有頻率降到300Hz左右，相比文獻(xiàn)[17]制作的固有頻率為1000Hz左右的壓電懸臂梁更容易拾取環(huán)境中的振動(dòng)能。
　　 最后，本文對(duì)設(shè)計(jì)制作的PZT壓電懸臂梁