[發(fā)明專利]壓電元件及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010156217.3
• 申請日: 2010-03-30
• 公開（公告）號: CN102208525A
• 公開（公告）日: 2011-10-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐文光;郭信甫;林育賢;唐炯文;呂杰璉;賴耀成
• 申請（專利權(quán)）人: 徐文光
• 主分類號: H01L41/113
• 分類號: H01L41/113;H01L41/16;H01L41/22
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 梁愛榮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是關(guān)于一種壓電元件及其制備方法，尤指一種以表面覆有壓電陶瓷層的納米碳管作為壓電材料的壓電元件及其制備方法。

背景技術(shù)

壓電效應(yīng)是材料中一種機(jī)械能與電能互換的現(xiàn)象，而壓電材料會有壓電效應(yīng)是因?yàn)榫Ц駜?nèi)原子間特殊排列方式，使得材料有應(yīng)力場與電場耦合的效應(yīng)。壓電材料的應(yīng)用范圍非常廣泛，例如：生化醫(yī)療用途、風(fēng)力或潮汐發(fā)電裝置、無線感應(yīng)器、個人化電子產(chǎn)品等。目前常見的壓電材料包含有陶瓷類的鈦酸鋇(BaTiO₃，BT)、鈦酸鉛鋯(Pb(Zr_0.53Ti_0.47)O₃，PZT)、單晶類的石英(Quartz)、電氣石(tourmaline)、羅德鹽(rochelle?salts)、鉭酸鹽(tantalate)、鈮酸鹽(niobate)、氮化鋁(AlN)、氮化鎵(GaN)等，或是氧化鋅(ZnO)。其中，現(xiàn)有技術(shù)于納米級的壓電元件的制作上，有一種是使用氧化鋅制成納米線(ZnO?nanowire)來作為壓電材料。

US2008/0067618即是提出一種以氧化鋅納米線作為壓電元件的壓電材料。如圖1所示，其壓電元件包括有：一第一導(dǎo)電層11(作為下電極)以及一第二導(dǎo)電層12(作為上電極)，第一導(dǎo)電層11與第二導(dǎo)電層12之間具有多個氧化鋅納米線13，且多個氧化鋅納米線13的一端是與第一導(dǎo)電層11電性耦接。由此，當(dāng)施與一機(jī)械性壓力于第二導(dǎo)電層12而使多個氧化鋅納米線13產(chǎn)生形變時，第一導(dǎo)電層11以及第二導(dǎo)電層12間會產(chǎn)生電壓差或電流，而產(chǎn)生壓電效應(yīng)。

然而，使用壓電陶瓷納米線所制得的壓電元件，其產(chǎn)生的電流大約僅為10^-12-10^-9安培左右，且由于壓電陶瓷納米線本身彈性度不佳、容易脆裂，因此時常導(dǎo)致所制作出來的壓電元件的信賴性不佳。故，本領(lǐng)域亟需一種具有新穎結(jié)構(gòu)的壓電元件，使可改善現(xiàn)有壓電元件中電流小以及壓電陶瓷納米線容易脆裂而導(dǎo)致信賴性不佳的缺點(diǎn)，而增加壓電元件的信賴性以及可應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是提供一種壓電元件，包括：多個納米碳管；至少一壓電陶瓷層，覆于多個納米碳管的表面；以及支撐材料，配置于表面覆有壓電陶瓷層的多個納米碳管之間，使支撐表面覆有壓電陶瓷層的多個納米碳管；其中，表面覆有壓電陶瓷層的多個納米碳管排列呈現(xiàn)一梳狀，配置于多個納米碳管表面的壓電陶瓷層互相電性耦接，且多個納米碳管、至少一壓電陶瓷層、以及支撐材料形成一壓電塊。

本發(fā)明的壓電元件包含有納米碳管/氧化鋅結(jié)構(gòu)于其中，因此可同時具有優(yōu)秀的彈性(耐用性)及優(yōu)秀的壓電特性的優(yōu)點(diǎn)。并且，本發(fā)明的單一壓電元件所得到的電流可達(dá)到約1.5微安培(μA)以上，是現(xiàn)有壓電元件的電流約10⁶倍(現(xiàn)有壓電元件的電流大約僅為10^-12-10^-9安培左右)，而此為現(xiàn)有技術(shù)所無法達(dá)成。此外，由于本發(fā)明的壓電元件所輸出的電壓及電流是取決于元件的體積，因此經(jīng)由元件間的串并聯(lián)，可無限提升整體壓電輸出的電壓(1V以上)與電流(1mA以上)。

本發(fā)明的壓電元件中，較佳可還包括一第一導(dǎo)電層以及一第二導(dǎo)電層，第一導(dǎo)電層以及第二導(dǎo)電層較佳為分別配置于壓電塊的相對二表面(例如，上表面以及下表面、或是二個相對的側(cè)表面)，且第一導(dǎo)電層以及第二導(dǎo)電層分別與壓電塊中的壓電陶瓷層電性耦接。第一導(dǎo)電層以及第二導(dǎo)電層較佳各自獨(dú)立地為一金屬層，其材質(zhì)較佳可為金、銀、銅、鉑、鈦、鈀、或其合金，但不限于此。

本發(fā)明的壓電塊，依照電極配置的位置，可分為串聯(lián)型式或并聯(lián)型式的連接方法。當(dāng)以并聯(lián)型式連接時，壓電塊的上表面以及下表面可分別配置有一第一導(dǎo)電層以及一第二導(dǎo)電層，當(dāng)元件尺寸(并聯(lián)長度)超過1mm時，電流可超過1μA。當(dāng)以串聯(lián)型式連接時，第一導(dǎo)電層以及一第二導(dǎo)電層配置于壓電塊的二個側(cè)表面，當(dāng)元件尺寸(串聯(lián)長度)超過2.5mm時，電壓可超過1V。

由于納米碳管本身具有導(dǎo)電性質(zhì)，本發(fā)明的壓電元件即使不具有第一導(dǎo)電層以及第二導(dǎo)電層亦可正常作用。例如，只要將導(dǎo)線與壓電塊的納米碳管連接，即可將電流輸出。而本發(fā)明中，第一導(dǎo)電層以及第二導(dǎo)電層可用以幫助電流收集。