[发明专利]一种基于电子自旋属性的新型射频微波能量采集装置

说明书

本发明提供了一种基于电子自旋属性的新型射频微波能量采集装置，该装置包括至少一个射频微波能量转换部件，所述射频微波能量转换部件包括第一磁性层、非磁性的空间层以及能量转换层，所述第一磁性层连接射频微波信号接收部件，能量转换层在射频微波能量转换部件的上下两端积累正负电荷，实现将射频波能量转换为直流电信号。与现有技术相比，具有结构简单，尺寸小，工作频率宽等特点。

技术领域

本发明涉及一种射频微波能量采集技术，特别是一种基于电子自旋属性的新型射频微波能量采集装置。

背景技术

随着大规模集成电路制造技术和超精细加工技术的快速发展，微型无线传感器和微机电系统(MEMS)已经或将广泛应用于工业、农业、军事、航空航天、医学、环境监控和家庭服务等诸多领域。目前无线传感器网点和MEMS系统采用电池或电缆供电。但在一些应用场合，如安装在野外分散的无线传感器，要采用电池或电缆供电是不现实的。即使采用电池供电，定期的大规模更换也相当困难。因此，能量供给是目前无线传感器和MEMS系统欲待解决的重要问题。

目前随着微型无线传感技术的发展，如便携式电子产品的广泛应用，现有的有源供能系统存在很大的局限性。采用无线充电方式有望解决可移动电子产品的供能问题。在自然环境中存在各种频率的电磁波辐射能量，如通讯微波能量、电视信号、WiFi等。如何将环境中的射频和微波能量收集和利用起来给无线传感器和MEMS系统供电，已经成为一种新兴的技术课题。目前主流的无线能量收集技术有电磁感应能量采集技术和基于半导体二极管的微波能量采集技术，前者转换效率高，但存在传输距离较短和能量转换装置的尺寸较大等局限性；后者存在功率容量小、二极管容易被击穿、和产生高次谐波等问题。与此同时，上述技术面临工作频率窄和尺寸难以满足小型化需求。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种一种基于电子自旋属性的新型射频微波能量采集装置，从而提供一种结构简单、能够获取射频波并转换为电能的发电装置。

本发明提供了一种基于电子自旋属性的新型射频微波能量采集装置，该装置包括至少一个射频微波能量转换部件，所述射频微波能量转换部件包括第一磁性层、非磁性的空间层以及能量转换层，所述第一磁性层连接射频微波信号接收部件，能量转换层在射频微波能量转换部件的上下两端积累正负电荷，实现将射频波能量转换为直流电信号。

进一步地，所述空间层设于第一磁性层上，能量转换层设于空间层上。

进一步地，所述第一磁性层包括反铁磁性层、设于反铁磁性层上的至少二层第二磁性层以及设于相邻二层第二磁性层之间的金属层。

进一步地，所述第一磁性层设有至少二层，能量转换层设于二层第一磁性层之间，所述空间层设于第一磁性层与能量转换层之间。

进一步地，所述能量转换层设有至少二层，在相邻二层能量转换层之间设有空间层。

进一步地，所述空间层由金属或绝缘材料制成。

进一步地，所述空间层为金属材料时，金属材料为铜或银中的一种；空间层为绝缘材料时，绝缘材料为氧化镁或氧化铝中的一种。

进一步地，所述空间层由金属材料制成时，空间层的厚度为0.5nm～5nm；所述空间层由绝缘材料制成时，空间层的厚度为0.5nm～3nm。

进一步地，所述能量转换层由磁性材料制成，磁性材料为NiFe、Fe、Co、FeB、CoFeB、Co/Pt、Co/Pd、Co/Ni、CoFeSiB和TeFeCoAl中的至少一种。

进一步地，所述射频微波能量转换部件设有二个以上，射频微波能量转换部件之间采用串联或并联的方式连接。

本发明与现有技术相比，具有结构简单，尺寸小，工作频率范围宽单位面积范围内能量转换效率高；本发明在常温下工作，对捕获电磁能的环境没有限制，可广泛应用于无线充电，电磁能量收集等领域。