[發明專利]集成機械能收集與振動檢測功能的微器件及其制備方法

在審

• 申請號: 202010769412.7
• 申請日: 2020-08-03
• 公開（公告）號: CN111762750A
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 王可軍;王倩;陸耀;張雷;樊成;薛宇程;蔣立偉;歸悅承
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: B81B3/00
• 分類號: B81B3/00;B81C1/00
• 代理公司: 蘇州三英知識產權代理有限公司 32412
• 代理人: 周仁青

本發明揭示了一種集成機械能收集與振動檢測功能的微器件，包括：基底層，其上開設有裂紋結構，所述裂紋結構沿所述基底層厚度方向貫穿該基底層，所述裂紋結構具有一封閉的尖端部；振動檢測結構，設于所述基底層上且部分覆蓋所述裂紋結構，所述振動檢測結構用于檢測振動信號；機電轉換結構，嵌設于所述裂紋結構尖端部一側的基底層內，所述機電轉換結構能夠將機械能進行收集并轉化成電能。本發明還揭示了上述集成機械能收集與振動檢測功能的微器件的方法。本發明的優點包括通過裂紋結構的開設，既可實現對機械能的高效收集也可實現微弱振動信號的高精度檢測。

技術領域

本發明屬于微型智能電子技術領域，具體涉及一種集成機械能收集與振動檢測功能的微器件及其制備方法。

背景技術

集成振動信號高精度檢測與機械能高效俘獲功能的微型器件是整體提升微型智能電子裝備感知和續航能力的關鍵，現有的設計原理和制備方法難以實現。

因此，針對上述技術問題，有必要提供一種集成機械能收集與振動檢測功能的微器件及其制備方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種集成機械能收集與振動檢測功能的微器件及其制備方法，旨在解決現有智能電子裝備無法在兼顧微小尺度的同時實現振動信號高精度檢測和機械能高效收集的難題。

為了實現上述目的，本發明一實施例提供的技術方案如下：

一實施例中，提供了一種集成機械能收集與振動檢測功能的微器件，包括：

基底層，其上開設有裂紋結構，所述裂紋結構沿所述基底層厚度方向貫穿該基底層，所述裂紋結構具有一封閉的尖端部；

振動檢測結構，設于所述基底層上且部分覆蓋所述裂紋結構，所述振動檢測結構用于檢測振動信號；

機電轉換結構，嵌設于所述裂紋結構尖端部一側的基底層內，所述機電轉換結構能夠將機械能進行收集并轉化成電能。

作為本發明的進一步改進，所述振動檢測結構包括與所述基底層相貼合的柔性薄膜基底層，設于所述柔性薄膜基底層上的導電層以及設于所述導電層上的信號導出電極。

作為本發明的進一步改進，所述機電轉換結構距所述尖端部由近及遠依次包括第一導電膜，換能材料層和第二導電膜，其中所述第一導電膜和第二導電膜上分別設置有電能導出電極。

在上述技術方案中，所述機電轉換結構設于所述裂紋結構尖端部一側的基底層上，使得所述機電轉換結構位于所述裂紋結構尖端部的應力場內，當含有機械能的外部刺激作用于微器件上時，裂紋結構尖端部的能量集中效應會使得機械能高效聚集到尖端部的應力場內并通過機電轉換結構轉化成電能傳輸到后續的電路或存儲設備中；振動檢測結構設于所述基底層上且部分覆蓋所述裂紋結構，當振動信號作用于基底層上時，柔性薄膜基底層會隨裂紋結構寬度變化而發生彎曲變形，進而觸發導電層對信號進行檢測。

作為本發明的進一步改進，所述裂紋結構的裂紋寬度為5～50μm。

作為本發明的進一步改進，所述裂紋結構自所述基底層的一側向內凹陷形成，其具有與所述尖端部相對設置的開放部。

作為本發明的進一步改進，所述振動檢測結構覆蓋于所述開放部上。

作為本發明的進一步改進，所述柔性薄膜基底層的導電層上開設有納米級裂紋微結構。

作為本發明的進一步改進，所述納米級裂紋微結構可通過機械彎曲、有機溶劑誘導膨脹或光誘導膨脹制備形成。

作為本發明的進一步改進，所述機電轉換結構呈弧形設置，其內弧面與所述尖端部相對設置。

作為本發明的進一步改進，所述振動檢測結構內的導電層通過沉積、蒸鍍、濺鍍或刷涂的方法設于所述柔性薄膜基底層上。