不銹鋼基壓電俘能器的制備及特性研究.pdf

1、碩士學(xué)位論文不銹鋼基壓電俘能器的制備及特性研究FabricationandCharacteristicStudyofPiezoelectricEnergyHarvesterwithStainlessstainSubstrate學(xué)21309008大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology不銹鋼基壓電俘能器的制備及特性研究摘要壓電俘能器通過(guò)收集環(huán)境中振動(dòng)的機(jī)械能，轉(zhuǎn)換為電能。MEMS微機(jī)電系統(tǒng)因其結(jié)構(gòu)微小、工藝成熟

2、、便于集成等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于制作小結(jié)構(gòu)的柔性壓電俘能器。不銹鋼基底具有耐高溫、高斷裂韌性、易形變等特點(diǎn)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)硅基底的在強(qiáng)振或大形變時(shí)易碎的缺點(diǎn)。壓電俘能的高效率為低功耗節(jié)點(diǎn)供電提供的指引，解決頻繁更換電池等問(wèn)題。并且MEMS壓電俘能器由于壓電材料較少、輸出功率小，所以需要選擇功率密度高的壓電材料，并且通過(guò)制備厚膜，來(lái)輸出較大的功率；基底要選擇形變大、耐沖擊的不銹鋼，提高功率輸出。不銹鋼基的MEMS壓電俘能器的研究具有重要意義。分析了

3、壓電懸臂梁機(jī)電耦合模型，對(duì)比得到不銹鋼基相對(duì)硅基的優(yōu)勢(shì)，推導(dǎo)了以l模式與以3模式壓電俘能器的電壓、功率輸出公式，仿真分析了西l模式的尺寸大小與負(fù)載電阻對(duì)電壓與功率輸出的影響，分析了如3模式電極間距與電極寬度等因素對(duì)輸出電壓和功率的影響。利用電流體驅(qū)動(dòng)霧化沉積適合制備厚膜的特點(diǎn)，探索運(yùn)用此方法在309m厚304不銹鋼基上制備了59m厚的PZT厚膜，通過(guò)慢速高溫退火，XRD表征表明其在晶向(011)擇優(yōu)取向，得到了高質(zhì)量的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，通過(guò)電

4、場(chǎng)極化后得到其丞3壓電常數(shù)達(dá)70pC爪。由于不銹鋼的導(dǎo)電性，作為基底時(shí)需重點(diǎn)解決絕緣問(wèn)題。采用了等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積制備Si02薄膜、電流體驅(qū)動(dòng)霧化沉積制備PZT薄膜和溶膠凝膠制備Zr02薄膜三種方法制備絕緣層。設(shè)計(jì)和制作了不銹鋼基的名l模式壓電俘能器，通過(guò)電阻匹配得到最大輸出功率。創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)和制作了不銹鋼基的盔3模式壓電俘能器，解決了絕緣、材料退火、光刻掩模、濺射等問(wèn)題。對(duì)比不銹鋼基與硅基PZT材料的壓電俘能器，不銹鋼基以l模