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复合式微型能量采集器结构设计及关键技术
  • ISSN号:1000-9787
  • 期刊名称:《传感器与微系统》
  • 时间:0
  • 分类:TN384[电子电信—物理电子学]
  • 作者机构:中北大学电子测试技术重点实验室,山西太原030051
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(51422510); 国家“863”计划资助项目(2015AA042601)
中文摘要:

提出一种压电效应和电磁效应相结合的微型能量采集器,基础结构为压电换能器(PZT)基八悬臂梁、长有Au线圈质量块、铷铁硼(Nd Fe B)永磁体。利用有限元分析软件ANSYS对微结构建立模型,通过结构力学特性分析,得到所设计结构的一阶谐振频率为214.7 Hz,为后期测试提供指导意义。制定微机电系统(MEMS)加工工艺流程,利用L-Edit软件设计并绘制所需掩模版。利用溶胶—凝胶(sol-gel)技术制备厚度为3 529 nm的PZT压电厚膜,实现了其与基底Pt/Ti/Si O2/Si/Si O2的良好异质集成,完成微型能量采集器制造过程中关键一步。经介电性能测试,PZT厚膜具有双蝴蝶状的极化反转峰,体现出较高的介电性能和耐压强度。400 k V/cm驱动条件下,测得PZT厚膜的电滞回线,其剩余极化强度Pr为37.7μC/cm2,矫顽场强为41.2 k V/cm,表现出良好的铁电性能。

英文摘要:

A combination of piezoelectric effect and electromagnetic effect micro power generator is presented, of which the foundation structure is PZT-based eight cantilever beams, mass block with Au coil and NdFeB permanent magnets. The structural mechanic characteristic of the device is analyzed by finite element analysis software ANSYS. The first-order resonant frequency is estimated to be 214.7 Hz, pretty suggestive for the later test. The micromachining process is constituted and the mask layout of micro power generator is designed using L- Edit. Satisfactory heterogeneous integrated manufacturing of PZT piezoelectric films(3 529 nm)on the Pt/Ti/SiO2/ Si/SiO2 substrate is obtained with sol-gel technology, complete one key step in the whole producing process. The dielectric properties test show that PZT thick film has the double butterfly shape polarization reversal peak, high dielectric properties and compression strength. The electric hysteresis loop of PZT thick fiIm is measured in 400 kV/cm,which reveal good ferroelectric properties with residual polarization Pr(37.7 μC/cm2) and coercive field(41.2 kV/cm).

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期刊信息
  • 《传感器与微系统》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国电子科技集团公司
  • 主办单位:中国电子科技集团公司第四十九研究所
  • 主编:吴亚林
  • 地址:哈尔滨市南岗区一曼街29号四十九所
  • 邮编:150001
  • 邮箱:st_chinasensor@126.com
  • 电话:0451-82510965
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-9787
  • 国内统一刊号:ISSN:23-1537/TN
  • 邮发代号:14-203
  • 获奖情况:
  • 获全国优秀科技期刊三等奖,获1996年度黑龙江省科技期刊评比,优秀科技期刊壹等奖,获《CAJ-CD》执行优秀奖,获信息产业部2001-2002年度电子科技期刊规范化奖,获信息产业部2003-2004年度优秀电子科技期刊奖,获信息产业部2005-2006年度优秀电子科技期刊奖,获工业和信息化部2007-2008年度电子精品科技期刊奖
  • 国内外数据库收录:
  • 中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版)
  • 被引量:10819