基于共晶鍵合技術的壓電能量采集器的研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、近年來,隨著微電子技術、微機械加工技術以及無線傳感技術的突飛猛進,諸如嵌入式系統(tǒng)、射頻識別系統(tǒng)、無線傳感器以及各種可植入微型傳感器之類的電子產(chǎn)品已經(jīng)進入集成化、微型化和低功耗的時代,傳統(tǒng)的輸電線路和化學電池已經(jīng)不能滿足這些微型電子器件的供能要求?;贛EMS技術的振動能量采集器利用壓電材料的壓電效應,將周圍環(huán)境中的振動機械能轉化為電能,它可以很好的與各種微電子芯片、微傳感器和微執(zhí)行器集成在一起,為微型電子器件提供持久、穩(wěn)定和清潔的能源。

2、目前,MEMS壓電振動能量采集器已經(jīng)成為國內(nèi)外許多研究小組的研究熱點,并具有十分重要的科學意義和廣闊的應用前景。
  本文圍繞基于共晶鍵合技術的微壓電振動能量采集器展開研究,概括了微型壓電振動能量采集器的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢,對各種結構的能量采集器進行了分析比較,提出了利用高性能塊材PZT和硅片的共晶鍵合工藝制作高性能微型壓電振動能量采集器,這是對高性能微能源設計和制造的一次有益探索,為下一步完善和優(yōu)化微型壓電振動能量采集器提供了

3、很好的理論和實踐基礎。論文的主要研究內(nèi)容是:在查閱了大量的中英文文獻資料的基礎上,探討能量采集技術的研究背景及意義,系統(tǒng)分析了國內(nèi)外關于MEMS壓電振動能量采集器的研究進展;詳細介紹了壓電效應的原理和壓電材料的分類,深入分析微型壓電振動能量采集器的相關理論,推導壓電懸臂梁的固有頻率及電壓、功率輸出公式,并探討懸臂梁的輸出與其結構參數(shù)和施加加速度之間的關系;使用ANSYS有限元仿真軟件對這種壓電復合結構進行靜態(tài)、模態(tài)和壓電諧響應分析,針對

4、使用環(huán)境中振動源頻率普遍低于1000Hz的情況,確定其最佳結構尺寸以獲得較低的固有頻率;著重進行塊材 PZT與硅片的共晶鍵合工藝研究,獲得了較好的鍵合結果,即在500℃下鍵合1h,鍵合強度可達13.2MPa;采用其他MEMS標準工藝制作微壓電振動能量采集器樣品,順利完成了壓電懸臂梁的工藝設計和實驗,成功地制作出微型壓電懸臂梁;搭建了一套完整的測試系統(tǒng),包括信號發(fā)生器、功率放大器、示波器、振動臺和加速度儀等,對制作的微壓電振動能量采集器樣

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