[发明专利]压电元件及其制造方法、压电传感器

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及自发电传感器技术领域，尤其涉及一种压电元件及其制造方法、以及一种压电传感器。

背景技术

从生活环境中采集能量，是实现绿色能源和能源可持续发展的有效途径，目前已经受到全世界的重视。其中，压电技术作为一种新的能源开发的技术，在各个产业领域的用途广泛，有望在环境监控、节能系统、植入式医疗器件，乃至消费类电子中发挥重要作用。

压电技术是基于压电效应的一种技术。某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。

可以理解为压电效应的本质是：机械作用引起介质极化。晶体中离子电荷的位移，当不存在应变时电荷在晶格位置上分布是对称的，所以其内部电场为零。当给晶体施加应力则电荷发生位移，如果电荷分布不再保持对称，就会出现净极化，并将伴随产生一个电场，这个电场就表现为压电效应。依据电介质的压电效应研制的一类传感器称为压电传感器。

现有的压电元件在使用时，通常将导线连接到压电元件的压电部件的上下表面以形成回路，压电效应产生的电荷通过导线导出，以提供给负载使用。现有的这种压电元件灵敏度较低。

发明内容

本发明实施例提供了一种压电元件及其制造方法，以及一种压电传感器，其能够提高压电元件的灵敏度。

根据本发明的一个实施例，提供一种压电元件，包括：

压电部件；分别位于所述压电部件的两侧的第一基板和第二基板；以及位于所述第一基板和所述压电部件之间的第一电极层，位于所述第二基板和所述压电部件之间的第二电极层；

其中，所述第一基板和/或所述第二基板靠近所述压电部件的表面具凸起部。

在一个实施例中，所述第一电极层位于所述第一基板的表面上且表面形状与其所在的所述第一基板的表面形状相适应；所述第二电极层位于所述第二基板的表面上且表面形状与其所在的所述第二基板的表面形状相适应。

在一个实施例中，所述第一基板和/或所述第二基板为柔性或弹性基板。

在一个实施例中，所述凸起部为柱状。

在一个实施例中，所述凸起部呈阵列分布。

在一个实施例中，所述凸起部在平行于所述压电部件的表面的平面内延伸，且两个相邻的所述凸起部之间为凹陷部。

在一个实施例中，所述第一电极层和所述第二电极层中的至少之一为碳纳米管电极。

在一个实施例中，所述碳纳米管电极包括单壁碳纳米管电极。

在一个实施例中，所述第一电极层和所述第二电极层的厚度处于30-70纳米的范围。

在一个实施例中，所述第一基板和所述第二基板为聚二甲基硅氧烷基板。

在一个实施例中，所述压电部件包括压电陶瓷层，所述压电陶瓷层包括锆钛酸钡层和钛酸钡层中的至少一种。

根据本发明的另一个实施例，提供一种压电元件的制造方法，包括步骤：

提供压电部件；

形成第一基板和第二基板，所述第一基板和所述第二基板至少之一的一侧表面具有凸起部；

分别在所述第一基板和所述第二基板的表面上形成第一电极层和第二电极层，使得所述第一基板和/或所述第二基板的具有所述凸起部的表面设置有所述第一电极层和/或所述第二电极层；

将所述第一基板和所述第二基板分别设置在所述压电部件的两侧，使得所述第一电极层位于所述第一基板和所述压电部件之间，且所述第二电极层位于所述压电部件与所述第二基板之间。

在一个实施例中，通过将所述第一基板和所述第二基板放入碳纳米管溶液中浸泡预定时间以分别在所述第一基板和所述第二基板的表面形成所述第一电极层和所述第二电极层，或

通过喷涂工艺在所述第一基板和所述第二基板的表面形成碳纳米管层，从而形成所述第一电极层和所述第二电极层。

在一个实施例中，通过以下方式中的任一种将所述凸起部形成到所述第一基板和/或所述第二基板的表面上：

1)通过模制一体形成所述凸起部以及所述第一基板和/或所述第二基板；或

2)分别形成所述第一基板和/或所述第二基板以及所述凸起部，然后将所述凸起部结合到所述第一基板和/或所述第二基板的表面；或

3)通过去除所述第一基板和/或所述第二基板的表面的一部分形成所述凸起部。

根据本发明的又一个实施例，提供一种压电传感器，包括前述任一种压电元件。