柔性可拉伸壓電能量收集器設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究.pdf

1、有源穿戴電子和植入式電子設(shè)備都需要進(jìn)行電源供電，傳統(tǒng)的基于機(jī)械振動(dòng)形式的壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)雖然能實(shí)現(xiàn)高效的壓電轉(zhuǎn)換效率，但是很難與現(xiàn)有的柔性電子器件集成。因此，柔性可拉伸壓電能量收集器是柔性電子器件的關(guān)鍵組成部分。為了克服無機(jī)壓電材料脆性的缺點(diǎn)，本文研究可拉伸蜿蜒結(jié)構(gòu)的叉指電極設(shè)計(jì)方法，采用光刻等工藝在MgO硬質(zhì)基底上制備PZT壓電薄膜結(jié)構(gòu)，隨后轉(zhuǎn)印到彈性可拉伸基底PDMS上，制備出柔性可拉伸壓電能量收集器，并集成到人體皮膚上進(jìn)行應(yīng)用。主要

2、內(nèi)容如下：
　　首先，討論了壓電效應(yīng)、PZT壓電材料及其工作模式，得出利用d33模式制備的器件具有更好的壓電性能；提出了可拉伸 U形蜿蜒互連叉指電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法并與 PZT納米帶陣列進(jìn)行系統(tǒng)集成，并通過有限元方法對整個(gè)柔性可拉伸能量捕獲系統(tǒng)的可拉伸性能進(jìn)行仿真計(jì)算，得到滿足拉伸性能條件下的最優(yōu)壓電響應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。
　　其次，設(shè)計(jì)出一套適合柔性可拉伸壓電能量收集器的制備工藝流程，在MgO基片上濺射 PZT納米帶并進(jìn)行退火和

3、極化等處理，通過 XRD和鐵電性能測試，表明 MgO基底上的PZT納米帶具有良好的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)（100）。通過轉(zhuǎn)印工藝將能量捕獲器件從MgO硬質(zhì)基片轉(zhuǎn)移到彈性基底 PDMS，并對轉(zhuǎn)印后的能量捕獲器件進(jìn)行壓電性能的測試與表征。
　　最后，通過仿真和實(shí)驗(yàn)對比的方法對壓電能量收集器的力學(xué)性能進(jìn)行分析與驗(yàn)證，得出在器件受壓發(fā)生面外彎曲變形時(shí)，PZT納米帶上的最大應(yīng)變?yōu)?.024％；在拉伸20%時(shí)，PZT納米帶的最大應(yīng)變?yōu)?.69%，均在斷裂