[实用新型]一种多叠层式纳米压电器件

说明书

技术领域

本实用新型属于压电器件技术领域，涉及一种多叠层式纳米压电器件。

背景技术

能源和环境保护是当今社会最为关心的问题，作为可进行机械能和电能互相转换的环保型功能材料，压电材料在高科技工业生产领域正发挥越来越重要的作用。随着科学技术的发展，超大规模集成电路的应用，电子器件小型化、便携化正成为发展趋势，与其配套的尺寸较小的电池及发电机越来越受到人们的重视，组成微米级自发电的纳米压电材料，具有工程安装简单、适用范围广、环保等优点，正在成为研究热点。专利CN201210583562.4一种压电陶瓷-沥青复合压电材料及其制备方法，介绍了一种沥青复合压电材料，按重量份数由20-60 份沥青、312-624份压电陶瓷粉和0-10份沥青改性剂制备而成；专利CN201410735030.7一种具有压电增强结构的含铋压电材料及其制备方法，介绍了一种通过将含铋压电材料进行单面还原，含铋压电材料被还原一面的铋元素还原成金属铋，使得含铋压电材料中产生预应力，含铋压电材料由未还原一面向还原一面弯曲，从而形成的弯曲结构或拱形结构的含铋压电材料，其表观d33可达10000pC/N。两者的缺点都是陶瓷压电材料，压力大时易碎。专利 CN201410733770.7挠曲电压电材料，介绍了一种挠曲电压电材料，所述挠曲电压电材料由单面还原或双面还原的铁电材料形成，其中所述铁电材料具有向还原面或向非还原面拱起的结构，可以在材料中形成化学组分的不均匀和拱形或弯曲结构，而且还原的铁电材料具有高的挠曲电系数，从而获得具有很高表观压电性能的挠曲电压电材料。但其表观d₃₃最大只有 1000-3500pC/N，且不稳定。该专利的缺点是产生的是脉冲电流，不平稳，表观d₃₃也较小。压电材料还存在下列问题，1、压电材料品种少、大都是陶瓷压电材料，易碎、质量不稳定； 2、受到振动频率的影响较大，电能生产效率不高，价格昂贵等。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足,提供一种多叠层式纳米压电器件。

为了实现上述目的,本实用新型采用如下技术方案：

一种多叠层式纳米压电器件,由至少五层叠层而成矩形结构体，依顺序是氮化镓-聚苯乙烯基质层Ⅰ1、n型银掺杂氧化锌纳米线阵列层Ⅰ2、氮掺杂石墨烯层3、n型银掺杂氧化锌纳米线阵列层Ⅱ4和氮化镓-聚苯乙烯基质层Ⅱ5五层压合；在所述氮化镓-聚苯乙烯基质层Ⅰ1 的一侧连接有铟锡氧化物电极Ⅰ6，所述氮掺杂石墨烯层3的一侧连接有石墨电极7，氮化镓 -聚苯乙烯基质层Ⅱ5的一侧连接有铟锡氧化物电极Ⅱ8。

进一步，上述所述的矩形结构体的尺寸为长X宽X厚＝(1～5cm)X(1～5cm)X(0.1～ 1.0cm)，其中，所述氮化镓-聚苯乙烯基质层Ⅰ1和氮化镓-聚苯乙烯基质层Ⅱ5的尺寸分别为长X宽X厚＝(0.1～1.0cm)X(0.1～1.0cm)X(0.1～0.5cm)，所述的n型银掺杂氧化锌纳米线阵列层Ⅰ2和n型银掺杂氧化锌纳米线阵列层Ⅱ4的尺寸分别为长X宽X厚＝(0.1～1.0cm) X(0.1～1.0cm)X(0.001～0.1cm)，所述的氮掺杂石墨烯层3的尺寸为长X宽X厚＝(0.1～ 1.0cm)X(0.1～1.0cm)X(0.00001～0.001cm)。

进一步，上述所述的电极连接分别是，采用低温固相反应法形成氮掺杂石墨烯层3与石墨电极7肖特基接触连接；采用合金高温退火法实现铟锡氧化物电极Ⅰ6、Ⅱ8与所述氮化镓 -聚苯乙烯基质层Ⅰ1、Ⅱ5欧姆接触连接。

进一步，上述所述的石墨电极7为普通石墨电极。

本实用新型的一种多叠层式纳米压电器件的制备方法,包括：

1、在聚苯乙烯薄膜上采用电化学均聚法将氮化镓沉聚聚苯乙烯上制得氮化镓-聚苯乙烯基质层Ⅰ1和氮化镓-聚苯乙烯基质层Ⅱ5，具体步骤是：先用分析天平称量氮化镓，放入到装有磁转子的容器中，倒入浓度为0.1～1.0mol/L的H₂SO₄缓冲溶液，放在磁力搅拌器上搅拌均匀，将碳玻电极表面涂上一层聚苯乙烯与甘汞电极组成电极系统，之后在-0.2V～1.2V电位下，以10～100mV s^-1的速率进行50～150圈扫描，剥离碳玻电极表面的涂层，水洗后干燥,经裁剪工艺制得尺寸为长X宽X厚＝(0.1～1.0cm)X(0.1～1.0cm)X(0.1～0.5cm)的氮化镓-聚苯乙烯基质材料；