面向无线传感器网络的压电陶瓷膜俘能器设计、制备及性能研究

传感器节点的能量自供给是促进无线传感器网络向纵深发展的关键技术之一，研究高效的环境振动俘能方法是保障节点能量自供给的有效途径。本申请拟以压电陶瓷膜俘能器为研究对象，基于MEMS微系统技术和压电学理论，借鉴硅基压电陶瓷膜的制备及其在光机电领域的应用，建立典型应用模式下硅基压电陶瓷膜俘能器的理论结构模型及相应的参数优化体系，提出压电陶瓷膜俘能器的关键加工工艺及MEMS制备方法，并通过压电陶瓷膜俘能器的静/动态实验测试研究其失效机理，进而提出压电陶瓷膜俘能器的可靠性评估方法，在理论和实践上推动基于环境振动的压电俘能方法的研究。本申请的研究旨在对基于环境振动的压电俘能方法进行探索，以实现无线传感网节点的能量自供给。具体的，一方面可以填补国内外在硅基压电陶瓷膜用于环境振动俘能方面的空白；另一方面，可以掌握拥有自主知识产权的基于硅基压电陶瓷膜的俘能器设计及制备方法。

传感器节点的能量自供给是促进无线传感器网络向纵深发展的关键技术之一，研究高效的环境振动俘能方法是保障节点能量自供给的有效途径。项目从实际应用角度出发，全面分析了无线传感器网络节点的功能特点、压电悬臂梁的频率选择、以及俘能电路的功能特性，提出了集成化的环境振动能量采集器，并进行了实验研究。结果表明：所制备的环境振动能量采集器的整体装配尺寸约为83mm×55mm×12mm，在33mA的驱动负载下能提供稳定的3.3V供电电压，且俘能电路的综合效率约为79%。具体的，一方面可以填补国内外在硅基压电陶瓷膜用于环境振动俘能方面的空白；另一方面，可以掌握拥有自主知识产权的基于硅基压电陶瓷膜的俘能器设计及制备方法。