[发明专利]一种微立体光刻制备柔性摩擦-压电复合式俘能器的方法

说明书

一种微立体光刻制备柔性摩擦‑压电复合式俘能器的方法，先进性压电材料的分散，然后进行压电光敏树脂的配制，再进行微结构波浪形压电俘能器的制备，将压电光敏树脂通过紫外光照射，利用微立体固化工艺制备成微结构波浪形压电薄膜，在微结构波浪形压电薄膜上下两侧粘连带有上、下金属电极的上、下柔性基底，上、下金属电极连接电源，并于烘箱中进行热极化，将烘箱冷却至室温后撤去电压，得到微结构波浪形压电俘能器；最后进行柔性摩擦‑压电复合俘能器的制备，将微结构波浪形压电俘能器放置在粘有摩擦材料的导电基底上构成柔性摩擦‑压电复合俘能器；本发明工艺简单、低成本、极大提高俘能器的输出性能。

技术领域

本发明属于微纳制造技术领域，具体涉及一种微立体光刻制备柔性摩擦-压电复合式俘能器的方法。

背景技术

机械能是一种可再生、可重复利用的能源，由于其以不同的形式可以广泛的存在与周围的环境之中，例如：风能、水能，人类运动、机械振动产生的能量，然而大多数机械能并没有被充分的利用。近年来，许多学者致力于将机械能有效的转换为电能，并由此发明了压电俘能器、摩擦俘能器。其中压电材料由于在力的作用下可以产生电压，因此压电器件被广泛应用智能传感，可穿戴设备，能量回收等领域中。然而由于其输出性能小，并不能为较大功率器件供电，因此如何提升压电俘能器的输出性能尤为重要。目前提升其性能的方法主要包括复合材料、器件微结构化以及摩擦压电复合供电，其中复合材料可以提升压电材料本身的铁电、压电性能，微结构可以使压电材料在内部产生应力集中从而产生更大的应变来增大两侧的电势，这些方法都极大的提升了压电俘能器的输出性能，而摩擦俘能器由于其本身的高输出电压，是理想的电流源，可以产生较大的输出功率，然而摩擦俘能器输出性能不稳定，且需要不同极性的材料作为摩擦副，作用方式较为单一，因此应将摩擦俘能器和压电俘能器有机复合，增强俘能器的输出性能，稳定的将机械能转换为电能。这种柔性摩擦-压电复合俘能器在智能检测，电子器件自供能，柔性传感等领域由良好的应用前景。

压电陶瓷有非常高的介电常数和压电系数，能够有效的将机械能转化为电能，但其脆性较大、抗冲击能力差，机械加工性差，难以微结构化提升压电性能。因此压电陶瓷微纳米加工对俘能器的输出性能的提高至关重要。

对于压电陶瓷目前还尚未有很好的结构加工技术，并且压电陶瓷俘能器由于较差的机械加工性，无法满足摩擦俘能器需要的接触分离的柔性的作用方式，无法将摩擦带电和压电效应有机复合。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种微立体光刻制备柔性摩擦-压电复合式俘能器的方法，将压电陶瓷掺杂在光敏树脂中，利用微立体光刻技术制备微结构波浪形压电俘能器，并且波浪形结构使压电俘能器与摩擦俘能器有机复合，工艺简单、低成本、极大提高俘能器的输出性能。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种微立体光刻制备柔性摩擦-压电复合式俘能器的方法，包括以下步骤：

第一步，压电材料的分散：将压电材料分散到有机溶剂中，在室温下用磁力搅拌机搅拌60分钟，然后用超声清洗机超声20分钟，使其分散均匀；

第二步，压电光敏树脂2的配制：将第一步分散均匀的溶液以1％～10％质量分数与柔性光敏树脂混合，然后放入真空烘箱中加热使有机溶剂完全蒸发，得到压电光敏树脂2；

第三步，微结构波浪形压电俘能器的制备：将压电光敏树脂2通过紫外光1照射，利用微立体固化工艺制备成微结构波浪形压电薄膜3，在微结构波浪形压电薄膜3上下两侧粘连带有上金属电极5、下金属电极6的上柔性基底4、下柔性基底7，上金属电极5连接电源8负极，下金属电极6连接电源8正极，并于温度80～120℃的烘箱中进行热极化，保持施加电压40～60分钟，然后在保持电压不变的情况下，将烘箱冷却至室温后撤去电压，得到微结构波浪形压电俘能器；