[发明专利]一种超快电子传输压电俘能器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超快电子传输压电俘能器及其制备方法，包括量子点电荷传输压电俘能板和固定装置，量子点电荷传输压电俘能板与固定装置连接，量子点电荷传输压电俘能板包括基板、压电元件层和N型量子点电荷传输层，压电元件层和N型量子点电荷传输层依次铺设于基板上。实现将压电元件层产生的交流电能直接整流转化为直流电能并能超快速传出，无需再加装外部能量采集电路，极大降低了电能的损耗，便于器件的集成化与小型化，提高了压电俘能器件的能量采集转化效率。

技术领域

本发明涉及能量采集技术领域，具体涉及一种超快电子传输压电俘能器及其制备方法。

背景技术

基于压电效应的机械能-电能转化过程可将环境中不被利用的机械能如噪声、振动、人体运动等转化为电能。相对于其他环境能量采集方式，压电式能量采集可以持续、稳定的、经济的采集环境振动能量，其能量密度高、结构简单、发热小、无电磁干扰等优点，可代替电化学电池成为物联网设备、传感器网络节点、可穿戴或植入电子设备等新的自供电电源，引起了材料科学、信息、自动控制等不同学科领域的共同关注。

压电式能量俘能器可以利用机械振动产生电能。研究人员努力优化机电结构，并设计必要的外部电荷传输电路，来为电池提供高功率和电荷传输输出。机械结构的复杂变形导致了相反极性的电荷出现在压电材料相同的表面，所以正负电荷很容易发生复合，只有将这些正负电荷有效分离并且快速传导至外电路才能得到高性能的压电能量俘能器。然而由于压电产生电荷通常寿命较短，而体材料体积较大。通常情况下，电子从产生到湮灭所运动距离小于体材料半径，所以产生的压点电荷很大一部分还未传到外电路就进行了复合，造成了电能的损失。在量子点材料中，由于量子点体积极小，可使压点电荷有足够的寿命传至量子点的表面从而有效的将正负电荷分离，并快速传至外电路，可大大降低电能的损耗。

压电俘能器正常工作时，量子点因其能带结构可受尺寸调控，所以可以与众多压电材料的能级相匹配，成为一种优异的电荷传输材料。其中，N型半导体量子点传输材料在兼具量子点超快电子传导的同时，其内部施主杂质能够向导带提供更多的电子，使得载流子传输过程中电子浓度显著增加，其内部负电荷(电子)传输速率远远大于正电荷(空穴)的传输速率，正电荷(空穴)的传输速率可忽略不计。宏观表现为压电材料表面产生的负电荷(电子)将通过量子点材料传输至金属电极，正电荷(空穴)不能通过量子点材料传输，量子点材料就直接代替了外部电荷传输电路的作用，对压电俘能器产生的交流电同时实现了自电荷传输，也提高了能量采集和转化效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种超快电子传输压电俘能器及其制备方法，实现将压电元件层产生的交流电能直接整流转化为直流电能并能超快速输出，无需再加装外部的电荷传输电流，极大降低了电能的损耗，便于器件的集成化与小型化，提高了压电俘能器件的能量采集转化效率。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种超快电子传输压电俘能器，包括量子点电荷传输压电俘能板和固定装置，量子点电荷传输压电俘能板与固定装置连接，量子点电荷传输压电俘能板包括基板、压电元件层和N型量子点自电荷传输层，压电元件层和N型量子点自电荷传输层依次铺设于基板上。

按照上述技术方案，量子点电荷传输压电俘能板的一端与固定装置连接，量子点电荷传输压电俘能板的另一端悬置，形成悬臂梁式振动支撑结构。

按照上述技术方案，N型量子点电荷传输层连接有外部储能装置。

按照上述技术方案，压电元件层为压电晶体、压电陶瓷、压电薄膜、压电聚合物和压电复合材料中的一种或任意几种的组合。

按照上述技术方案，压电元件层为PZT压电薄膜。