[發明專利]全基于激光誘導石墨烯工藝的自供能傳感微系統

有效

• 申請號: 202010761347.3
• 申請日: 2020-07-31
• 公開（公告）號: CN111879341B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 張海霞;王浩彬;宋宇;崔進京;陳學先
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01D5/16
• 分類號: G01D5/16;G01D5/24
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 黃曉軍

1.一種全基于激光誘導石墨烯工藝的自供能傳感微系統，其特征在于，包括：

激光誘導石墨烯LIG儲能元件層、聚酰亞胺PI襯底層和LIG功能及采能元件層，PI襯底層作為LIG儲能元件層、LIG功能及采能元件層的結構連接層與電學絕緣層，將LIG傳感功能元件與LIG采能元件制備在系統的正面，將LIG儲能元件制備在系統的背面，PI襯底層作為激光誘導前驅體，對LIG傳感功能元件、LIG儲能元件及LIG采能元件分別選取特異性的參數進行LIG電極誘導；

LIG儲能元件層、PI襯底層和LIG功能及采能元件層采用島橋狀構型及蛇形互連線結構，相關電路集成在島橋狀構型的正中間島上；

所述LIG功能及采能元件層中包括LIG傳感多模態功能元件及對應的信號處理電路、無線數據傳輸電路，LIG復合采能元件及相應的能量管理電路；LIG儲能元件層中包括非對稱平面微型超級電容器MSC陣列，

所述LIG功能及采能元件層中的LIG傳感功能元件、LIG采能元件與LIG儲能元件層中的LIG儲能元件之間實現有效對接及量化配置，LIG采能元件和LIG儲能元件之間利用針對且匹配的能量管理電路將LIG采能元件收集到的能量最大化轉換成平面微型超級電容器MSC能夠存儲的形式；各個LIG傳感功能元件在信號能分辨的前提下，將組件之間的互連引線的串聯電阻降到最低，根據LIG傳感功能元件的峰值功耗密度，調整LIG采能元件和LIG儲能元件的總體積及單位體積能量輸出密度；

選取75μm厚的PI襯底層進行雙面LIG誘導，得到以PI襯底為間隔的正反面工作組件電極，在引出極板處加大激光誘導功率，使正反面LIG極板相互連通構成互連孔，并用導電銀膠保護及降低通孔處電阻。

2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述能量管理電路中包括比較器和LC振蕩電路，當輸出電位達到比較器的要求，LC振蕩電路才對能量進行傳遞，使得系統的能量輸出曲線最大程度展寬。

3.根據權利要求1至2任一項所述的系統，其特征在于，所述系統包括基于LIG工藝的物理傳感功能元件、電化學傳感功能元件及兩者的耦合元件；摩擦納米發電機TENG采能元件、電磁發電機EMG采能元件和非對稱MSC儲能元件。

4.根據權利要求3所述的系統，其特征在于，在基于LIG工藝的非對稱MSC中，以LIG作為MSC的引出電極，在電極一側修飾氧化還原反應材料，并且在電解質中摻入易化學反應的物質提升存儲電荷上限，得到非對稱電極構型的MSC，并將TENG與EMG采集自然界及人體行進過程中的機械能存儲在非對稱MSC中。