[发明专利]一种压电结构及其制备方法

说明书

本发明提供一种压电结构及其制备方法，压电结构包括：压电膜层；位于压电膜层一侧表面的种子层；位于种子层背离压电膜层的一侧表面的纳米线阵列层，纳米线阵列层的材料为半导体压电材料。当在外界作用下发生形变时，压电膜层和纳米线阵列层产生压电效应，压电膜层相对设置的两个表面和纳米线阵列层相对设置的两个表面均产生相反的电荷，使位于两者之间的种子层受到电场作用，在上述电场的作用下，种子层实现了压电膜层和纳米线阵列层的串联，压电结构所产生的电能为压电膜层和纳米线阵列层所产生的电能的加和，有效提高了压电材料的压电转换效率。

技术领域

本发明涉及压电技术领域，具体涉及一种压电结构及其制备方法。

背景技术

为实时监测设备状态、保证设备运行安全，变压器、发电机组等设备均配置大量的传感器件，可采集获得其温度、油气、电场、振动等物理信号。随着材料科学与传感技术的进步，传感器的功耗日趋微小，将机械能转化成微弱电能以驱动器件已成为可能。尤其是在长期服役过程中，为实现免维护功能，避免人工更换电池的人力成本，传感器宜进行自取能模块的配置。

压电纳米发电机是一种利用压电效应将机械能转换为电能的器件，是较为理想的取能装置。在外界作用下，压电材料产生的极化电荷和随时间变化的电场可驱动电子在外电路发生流动，进而产生电能。

然而，现有压电材料的压电转换效率有限。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有压电材料的压电转换效率有限的缺陷，从而提供一种压电结构及其制备方法。

本发明提供一种压电结构，包括：压电膜层；位于所述压电膜层一侧表面的种子层；位于所述种子层背离所述压电膜层的一侧表面的纳米线阵列层，所述纳米线阵列层的材料为半导体压电材料。

可选的，所述压电膜层包括压电陶瓷膜层。

可选的，所述压电陶瓷膜层包括铌酸钾钠基无铅压电陶瓷、钛酸铋钠基无铅压电陶瓷或氮化铝陶瓷。

可选的，所述种子层和所述纳米线阵列层的材料相同。

可选的，所述纳米线阵列层包括氧化锌纳米线阵列层，所述种子层为氧化锌种子层。

可选的，所述纳米线阵列层包括若干个纳米线，所述纳米线的延伸方向与所述压电膜层的表面的法线之间的夹角大于等于0度且小于等于10度。

可选的，所述纳米线的长度为0.9μm-9.6μm。

可选的，所述压电结构还包括：位于所述压电膜层背向所述纳米线阵列层的一侧表面的柔性基体；位于所述纳米线阵列层背离所述压电膜层的一侧表面的第一电极层。

可选的，所述柔性基体包括绝缘柔性衬底和位于所述绝缘柔性衬底朝向所述压电膜层一侧表面的第二电极层。

可选的，所述柔性基体为金属片。

可选的，所述压电膜层的厚度为40μm-110μm。

可选的，所述种子层的厚度为70μm-120μm。

可选的，所述压电结构为压电纳米发电机。

本发明还提供一种压电结构的制备方法，包括：形成压电膜层；在所述压电膜层的一侧表面形成种子层；在所述种子层背离所述压电膜层的一侧表面形成纳米线阵列层，所述纳米线阵列层的材料为半导体压电材料。

可选的，所述压电结构的制备方法还包括：提供基底；形成所述压电膜层的步骤为：在所述基底上形成压电膜层；所述压电结构的制备方法还包括：形成所述纳米线阵列层之后，分离所述基底和所述压电膜层。

可选的，所述压电结构的制备方法还包括：提供柔性基体；分离所述基底和所述压电膜层之后，将所述压电膜层背离所述纳米线阵列层的一侧表面贴合在所述柔性基体的表面。