[發(fā)明專利]一種基于激光面減薄的階梯式壓電能量采集器及制備方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 202110591967.1 | 申請日： | 2021-05-28 |
| 公開（公告）號： | CN113315415A | 公開（公告）日： | 2021-08-27 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 李以貴;王保志;張成功;董璇;王歡 | 申請（專利權(quán)）人： | 上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué) |
| 主分類號： | H02N2/18 | 分類號： | H02N2/18 |
| 代理公司： | 上?？剖⒅R產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225 | 代理人： | 顧艷哲 |
| 地址： | 201418 *** | 國省代碼： | 上海;31 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 基于 激光 面減薄 階梯 壓電 能量 采集 制備 方法 | ||
1.一種基于激光面減薄的階梯式壓電能量采集器，包括懸臂梁，以及設(shè)于懸臂梁兩端的固定裝置與質(zhì)量塊(4)，其特征在于，所述的懸臂梁包括自上而下依次設(shè)置的壓電層(1)、粘結(jié)層(3)以及金屬襯底層(2)，并且沿指向質(zhì)量塊(4)的懸臂梁長度方向，所述的壓電層(1)與金屬襯底層(2)的厚度均呈階梯狀逐漸減小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于激光面減薄的階梯式壓電能量采集器，其特征在于，所述的壓電層(1)與金屬襯底層(2)上的階梯狀結(jié)構(gòu)關(guān)于粘結(jié)層(3)對稱設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于激光面減薄的階梯式壓電能量采集器，其特征在于，所述的壓電層(1)上的階梯狀結(jié)構(gòu)包括厚度依次減小的第一壓電階梯層(101)、第二壓電階梯層(102)以及第三壓電階梯層(103)，所述的第三壓電階梯層(103)與質(zhì)量塊(4)相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于激光面減薄的階梯式壓電能量采集器，其特征在于，所述的第一壓電階梯層(101)、第二壓電階梯層(102)以及第三壓電階梯層(103)之間的厚度比為(2.8-3.2):(1.8-2.2):1；所述的第一壓電階梯層(101)長度、第二壓電階梯層(102)長度以及第二壓電階梯層(102)至質(zhì)量塊(4)間距之比為1:(0.9-1.1):(0.9-1.1)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于激光面減薄的階梯式壓電能量采集器，其特征在于，所述的壓電層(1)的厚度為100-500μm，所述的金屬襯底層(2)的厚度為100-1000μm，所述的粘結(jié)層(3)的厚度為4-6μm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于激光面減薄的階梯式壓電能量采集器，其特征在于，所述的金屬襯底層(2)一端伸出于壓電層(1)外，并作為金屬夾持段與固定裝置相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于激光面減薄的階梯式壓電能量采集器，其特征在于，所述的粘結(jié)層(3)材料包括導(dǎo)電銀膠或環(huán)氧樹脂導(dǎo)電膠；所述的金屬襯底層(2)材料包括鈹青銅、磷青銅或不銹鋼；所述的壓電層(1)包括PZT壓電層。
8.如權(quán)利要求1至7任一項所述的一種基于激光面減薄的階梯式壓電能量采集器的制備方法，其特征在于，該制備方法包括以下步驟：
S1：分別在壓電基材(11)下側(cè)與金屬基板(21)上側(cè)絲網(wǎng)印刷粘結(jié)材料，相互夾緊后，置于真空烘箱中進行熱壓鍵合，得到自上而下依次設(shè)置的壓電基層(12)、粘結(jié)層(3)以及金屬基層(22)，即懸臂梁坯料；
S2：采用激光設(shè)備對壓電基層(12)及金屬基層(22)表面進行階梯式面燒蝕工藝，以分別形成相應(yīng)的階梯狀結(jié)構(gòu)，并得到壓電層(1)與金屬襯底層(2)；
S3：在壓電層(1)上表面與金屬襯底層(2)下表面分別粘結(jié)引線(5)與質(zhì)量塊(4)，再與固定裝置相連接，即得到所述的階梯式壓電能量采集器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于激光面減薄的階梯式壓電能量采集器的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述的熱壓鍵合中，夾緊壓力為0.1-1MPa，熱壓溫度為50-200℃，熱壓時間為4-6h，真空度為60-90％。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于激光面減薄的階梯式壓電能量采集器的制備方法，其特征在于，步驟S2中，所述的階梯式面燒蝕工藝包括以下步驟：
S2-1：固定懸臂梁坯料，并使壓電基層(12)位于上側(cè)，之后重復(fù)激光掃描壓電基層(12)表面以進行燒蝕減薄，直至形成第一階梯，隨后調(diào)整激光掃描位置，采用相同的方法依次形成其他階梯，并得到具有階梯狀結(jié)構(gòu)的壓電層(1)；
S2-2：采用同步驟S2-1的方法處理金屬基層(22)，得到具有階梯狀結(jié)構(gòu)的金屬襯底層(2)。
其中，所述的激光掃描中，激光輸出功率為5-20W，掃描速度為20-500mm/s，每次掃描后，壓電基層(12)燒蝕減厚10-40μm，金屬基層(22)燒蝕減厚5-30μm。
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