[發(fā)明專利]一種復(fù)合式納米發(fā)電機及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210455410.6
• 申請日: 2012-11-13
• 公開（公告）號: CN103354240A
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王中林;林龍;李尙玟;裵晟桓
• 申請（專利權(quán)）人: 國家納米科學(xué)中心
• 主分類號: H01L27/16
• 分類號: H01L27/16;H01L27/20;H01L35/34;H01L41/22
• 代理公司: 北京潤平知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 肖冰濱;南毅寧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種能量轉(zhuǎn)化器件領(lǐng)域，特別涉及一種可以同時將機械能和熱能轉(zhuǎn)化為電能的復(fù)合式納米發(fā)電機。

背景技術(shù)

我們的生活中和環(huán)境中蘊藏著豐富的清潔二次能源，諸如太陽能、風(fēng)能、熱能等等。對這些二次能源的回收利用可以有效的解決能源危機和溫室效應(yīng)引發(fā)的一系列問題，對于人類社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

近年來，人們研發(fā)出基于氧化鋅納米線的壓電效應(yīng)的納米發(fā)電機，可以用于收集環(huán)境中各種來源的機械能，并將其轉(zhuǎn)化為電能，可以用于驅(qū)動小型電子設(shè)備。另一方面，納米發(fā)電機的一個新的發(fā)展趨勢是復(fù)合式納米發(fā)電機，可以集成各種能量收集的器件，比如壓電納米發(fā)電機、太陽能電池、生物燃料電池等等，在納米發(fā)電機領(lǐng)域，人們已經(jīng)研發(fā)了以上幾種發(fā)電器件之間的集成器件，可以同時收集機械能、光能和生物能源。而在實際生活環(huán)境中，機械能的產(chǎn)生往往同時也伴隨著由于震動和摩擦而耗散的熱能，但是，到目前為止，還沒有能夠?qū)C械能和熱能轉(zhuǎn)化為電能的納米發(fā)電機的相關(guān)報道和研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)合式納米發(fā)電機，可以同時收集環(huán)境中的機械能和熱能，形成一種新型高效的能量轉(zhuǎn)化集成器件。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種復(fù)合式納米發(fā)電機，包括：電納米發(fā)電機和熱電發(fā)電機，其中，

所述壓電納米發(fā)電機，是基于壓電效應(yīng)的壓電納米發(fā)電機，用于將機械能轉(zhuǎn)化為電能；

所述熱電發(fā)電機，是基于溫差電動勢效應(yīng)的熱電發(fā)電機，用于將熱能轉(zhuǎn)化為電能;

所述熱電發(fā)電機設(shè)置在所述壓電納米發(fā)電機的上方或下方，與所述壓電納米發(fā)電機之間形成上下堆疊結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述壓電納米發(fā)電機包括：

底電極；

所述底電極上的壓電納米結(jié)構(gòu)層；

所述壓電納米結(jié)構(gòu)層上的絕緣層；

所述絕緣層上的頂電極。

優(yōu)選地，所述熱電發(fā)電機設(shè)置在所述壓電納米發(fā)電機的下方，包括：

所述壓電納米發(fā)電機的底電極下的上導(dǎo)熱元件；

所述上導(dǎo)熱元件下的上絕緣層；

所述上絕緣層下的熱電層，所述熱電層包括交替排列的n型熱電元件和p型熱電元件，相鄰所述n型熱電元件與p型熱電元件的頂端或底端電連接，其中，每個n型熱電元件的頂端或底端僅與一個相鄰p型熱電元件電連接，每個p型熱電元件的頂端或底端僅與一個相鄰的n型熱電元件電連接；

所述熱電層下的下絕緣層；

所述下絕緣層下的下導(dǎo)熱元件。

優(yōu)選地，所述熱電發(fā)電機設(shè)置在所述壓電納米發(fā)電機的下方，包括：

所述壓電納米發(fā)電機的底電極下的上絕緣層，其中，所述底電極為所述熱電發(fā)電機的上導(dǎo)熱元件；

所述上絕緣層下的熱電層，所述熱電層包括交替排列的n型熱電元件和p型熱電元件，相鄰所述n型熱電元件與p型熱電元件的頂端或底端電連接，其中，每個n型熱電元件的頂端或底端僅與一個相鄰p型熱電元件電連接，每個p型熱電元件的頂端或底端僅與一個相鄰的n型熱電元件電連接；

所述熱電層下的下絕緣層；

所述下絕緣層下的下導(dǎo)熱元件。

優(yōu)選地，所述熱電發(fā)電機設(shè)置在所述壓電納米發(fā)電機的上方，包括：

所述壓電納米發(fā)電機的頂電極上的下導(dǎo)熱元件；

所述下導(dǎo)熱元件上的下絕緣層；

所述下絕緣層上的熱電層，所述熱電層包括交替排列的n型熱電元件和p型熱電元件，相鄰所述n型熱電元件與p型熱電元件的頂端或底端電連接，其中，每個n型熱電元件的頂端或底端僅與一個相鄰p型熱電元件電連接，每個p型熱電元件的頂端或底端僅與一個相鄰的n型熱電元件電連接；

所述熱電層上的上絕緣層；

所述上絕緣層上的上導(dǎo)熱元件。

優(yōu)選地，所述熱電發(fā)電機設(shè)置在所述壓電納米發(fā)電機的上方，包括：

所述壓電納米發(fā)電機的頂電極上的下絕緣層，其中，所述頂電極為所述熱電發(fā)電機的下導(dǎo)熱元件；

所述下絕緣層上的熱電層，所述熱電層包括交替排列的n型熱電元件和p型熱電元件，相鄰所述n型熱電元件與p型熱電元件的頂端或底端電連接，其中，每個n型熱電元件的頂端或底端僅與一個相鄰p型熱電元件電連接，每個p型熱電元件的頂端或底端僅與一個相鄰的n型熱電元件電連接；

所述熱電層上的上絕緣層；

所述上絕緣層上的上導(dǎo)熱元件。

優(yōu)選地，所述上導(dǎo)熱元件和/或下導(dǎo)熱元件為金屬導(dǎo)熱元件。