[發明專利]一種磁力驅動的納米發電機

有效

• 申請號: 201210122454.7
• 申請日: 2012-04-23
• 公開（公告）號: CN102647110A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 秦勇;崔暖洋;吳巍煒;白所
• 申請（專利權）人: 蘭州大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18;H01L41/113;B82Y15/00
• 代理公司: 蘭州振華專利代理有限責任公司 62102
• 代理人: 張晉

技術領域

本發明涉及一種納米發電機及這種發電機的制備方法，特別是一種依靠磁力驅動的納米發電機及制備方法。

背景技術

納米發電機是美國佐治亞理工學院教授、中國國家納米科學中心海外主任王中林等在2006年首次提出并研制成功的基于納米級壓電材料的發電裝置。參見：王中林，宋金輝，Science，April?2006，Vol?312，No.5771；王旭東，宋金輝，Science，April?2007，Vol?316，No.5821；秦勇，王旭東，Nature，February?2008，Vol451，No.7180。這一裝置可以整合納米器件，為其它納米器件提供能量，實現真正意義上的納米系統。納米發電機可以收集各種形式的機械能：比如人體運動、肌肉收縮等所產生的能量；聲波引發震動產生的能量；體液流動、血液流動和動脈收縮產生的能量等等，并最終將這些能量轉化為電能提供給納米器件。這一納米發電機所產生的電能足夠供給納米器件或系統所需，從而讓無納米器件或納米機器人實現能量自供。納米發電機目前雖然仍沒有投入到實際應用但其無論在生物醫學、軍事、無線通信和無線傳感等方面廣泛的應用前景是顯而易見的。

目前，用于制作納米發電機的材料主要分兩種，分別是壓電半導體與鐵電材料。最初而且也是應用最多的是氧化鋅納米線，氧化鋅作為一種半導體材料具有優異的光學、生物學性能。以它為核心制制作的納米發電機既能靠其壓電性能實現機械能向電能的轉換，又能依靠其生物相容性把器件植入到生物體內。鐵電材料普遍具有較高的壓電系數，用它來制作的納米發電機會有更高的輸出電壓。

納米發電機雖然都是依靠機械能到電能的轉化向外輸出能量，但是由于機械能有著各種各樣的表現形式，所以納米發電機的驅動方式也有很多種。目前，已經出現的驅動方式主要有以下幾種：1、依靠兩片基底摩擦使基底上的納米線彎曲，從而產生壓電勢。參見：秦勇，王旭東，Nature，February?2008，Vol?451，No.7180。2、彎曲彈性基底使處于拉伸面的壓電材料拉伸，從而產生壓電勢。參見：朱光，楊如森，Nano?Letters，July?2010，Vol?10，8。3、直接擠壓使壓電材料壓縮，從而產生壓電勢。參見：胡友凡，張揚，徐晨，Nano?Letters，November?2010，Vol10，No.12。4、超聲波驅動產生壓電勢。參見：王旭東，Nano?Letters，May?2007，Vol?7，No.8。

發明內容

本發明提供一種制備工藝簡單，制造成本低廉，重復性好，輸出能量密度大，可在磁場力作用下實現無線驅動的壓電材料納米發電機，同時提供了這種電機的制備方法。

本發明的磁力驅動的無線納米發電機為：在至少一個基片上有兩個相互間絕緣的電極，在兩個相互間絕緣的電極上置有至少一條線狀的壓電材料一端，其中兩個相互絕緣的電極分別和線狀壓電材料上與基片面平行的軸面的上方和下方相接觸，線狀壓電材料的另一端外伸于基片之外，并在線狀壓電材料的外伸端點處固定設有一個用磁性材料構成的微小顆粒，在這個微小顆粒外的附近設置有一個磁場強度可周期改變的磁場。本發明的發電機中所用的線狀的壓電材料可以是：氧化鋅或鋯鈦酸鉛或鈮酸鋰或硫化鎘或聚偏氟乙烯或鋇鈦氧或偏錫酸鋅或鋯鈦酸鋇鈣，等。本發明的線狀壓電材料的外伸端點處固定設有一個用磁性材料構成的微小顆粒是指用磁性材料粉末，如氧化鐵或與粘結材料制備的小顆粒；本發明的磁場強度可周期性的磁碭可以是一個安裝于機械裝置上的可使其與用磁性材料構成的微小顆粒間距離發生周期性改變的恒磁鐵或電磁鐵，也可以是固定設置在用磁性材料構成的微小顆粒外一定距離處的其磁場強度可周期性改變的電磁鐵，所設置的磁場強度可周期改變的磁場位置應滿足當該磁場發生改變引起線狀壓電材料彎曲變形時，線狀壓電材料與兩個電極的接觸點分別處于拉伸面和壓縮面。需說明的是基片上的所設置的兩個相互間絕緣的電極可以是兩電極間沿線狀壓電材料長度方向有一個間隔，也可是位于線狀壓電材料的同一長度位置。在前一種情況下這個兩電極與壓電材料的接觸位置分別是：一個接觸位置在線狀壓電材料與基片面平行的軸面的上方，而另一個接觸位置在前一個接觸位置外的另一位置的與基片面平行的軸面的下方；在后述的情況下這個兩電極與壓電材料的接觸位置分別是位于壓電材料的同一長度處且在線狀壓電材料與基片面平行的軸面的上方和下方。