本發(fā)明涉及能量采集器領(lǐng)域，特別是涉及一種機(jī)械能采集裝置及其制備方法。

背景技術(shù)：

近年來能量采集的研發(fā)和應(yīng)用發(fā)展迅速，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的能量采集裝置廣泛地應(yīng)用在電子領(lǐng)域和便攜式產(chǎn)品領(lǐng)域。目前的機(jī)械能采集器主要是利用電磁感應(yīng)或者壓電效應(yīng)的原理制作的。與利用電磁感應(yīng)制作的能量采集器相比，利用壓電效應(yīng)制作的能量采集器具有尺寸小、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)。但是，傳統(tǒng)的利用壓電效應(yīng)制作的能量采集器，輸出功率較低，應(yīng)用時受到限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，有必要針對利用壓電效應(yīng)制作的能量采集器輸出功率低的問題，提供一種輸出功率高的機(jī)械能采集裝置。

一種機(jī)械能采集裝置，包括依次層疊的第一電極、駐極體薄膜、彈性層和第二電極，其中，所述駐極體薄膜為經(jīng)過極化處理的駐極體薄膜，所述第一電極和所述第二電極絕緣設(shè)置。

在其中一個實(shí)施例中，所述機(jī)械能采集裝置還包括相對設(shè)置的第一絕緣薄膜和第二絕緣薄膜，所述第一電極設(shè)置在所述第一絕緣薄膜上，所述第二電極設(shè)置在所述第二絕緣薄膜上。

在其中一個實(shí)施例中，所述機(jī)械能采集裝置還包括絕緣設(shè)置的第一引出電極和第二引出電極；所述第一引出電極設(shè)置在所述第一絕緣薄膜上，所述第一引出電極的一端與所述第一電極電連接；所述第二引出電極的一端與所述第二電極電連接，所述第二引出電極的另一端設(shè)置在所述第一絕緣薄膜上。

在其中一個實(shí)施例中，所述機(jī)械能采集裝置還包括第三絕緣薄膜，所述第三絕緣薄膜位于所述機(jī)械能采集裝置的側(cè)面；部分所述第二引出電極設(shè)置在所述第三絕緣薄膜上，并且，所述第三絕緣薄膜用于保護(hù)所述第二引出電極。

在其中一個實(shí)施例中，所述機(jī)械能采集裝置還包括端子，所述端子與所述第一絕緣薄膜連接，所述第一引出電極遠(yuǎn)離所述第一電極的一端和所述第二引出電極遠(yuǎn)離所述第二電極的一端均匯合到所述端子處。

在其中一個實(shí)施例中，所述駐極體薄膜靠近所述第一電極的一個表面設(shè)有金屬層。

一種機(jī)械能采集裝置的制備方法，包括如下操作：

提供彈性層和駐極體薄膜；

對所述駐極體薄膜進(jìn)行極化處理；以及

將所述駐極體薄膜和所述彈性層放置在相對設(shè)置的第一電極和第二電極之間，得到所述機(jī)械能采集裝置，其中，所述第一電極和所述駐極體薄膜連接，所述第二電極和所述彈性層連接。

在其中一個實(shí)施例中，所述將所述駐極體薄膜和所述彈性層放置在相對設(shè)置的第一電極和第二電極之間的操作包括：

提供第一絕緣薄膜、第二絕緣薄膜和第三絕緣薄膜，所述第一絕緣薄膜和所述第二絕緣薄膜通過所述第三絕緣薄膜連接；

在所述第一絕緣薄膜上印刷形成所述第一電極，在所述第二絕緣薄膜上印刷形成所述第二電極；

在所述第一絕緣薄膜上印刷形成所述第一引出電極，所述第一引出電極的一端與所述第一電極電連接，在所述第一絕緣薄膜、所述第二絕緣薄膜和所述第三絕緣薄膜上印刷第二引出電極，所述第二引出電極的一端與所述第二電極電連接，部分所述第二引出電極設(shè)置在所述第三絕緣薄膜上，所述第二引出電極的另一端在所述第一絕緣薄膜上；

對折所述第三絕緣薄膜，形成相對設(shè)置的所述第一電極和所述第二電極；

將所述駐極體薄膜和所述彈性層放置在相對設(shè)置的所述第一電極和所述第二電極之間。

在其中一個實(shí)施例中，所述提供相對設(shè)置的將第一電極和第二電極的操作還包括：在所述第一絕緣薄膜的一個側(cè)面形成端子，其中，所述第一引出電極遠(yuǎn)離所述第一電極的一端和所述第二引出電極遠(yuǎn)離所述第二電極的一端匯合到所述端子處。

在其中一個實(shí)施例中，所述對所述駐極體薄膜進(jìn)行極化處理的操作為：

在所述駐極體薄膜的一面形成金屬層；

對形成有所述金屬層的所述駐極體薄膜進(jìn)行高壓電暈極化。

上述機(jī)械能采集裝置，將帶有永久電荷的駐極體薄膜放置在兩個電極之間，從而在兩電極上感應(yīng)有相應(yīng)的電荷。通過對此機(jī)械能采集裝置施加壓力、彎曲力或者拉伸力使其發(fā)生形變，以致兩個電極間產(chǎn)生變化的電壓。在兩個電極間設(shè)置彈性層，目的是在外力作用下增加機(jī)械能采集裝置的形變量，從而提高機(jī)械能采集裝置的輸出功率。

附圖說明

圖1為一實(shí)施方式的機(jī)械能采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為如圖1所示的機(jī)械能采集裝置展開后的電極排布圖；

圖3為另一實(shí)施方式的機(jī)械能采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為如圖3所示的機(jī)械能采集裝置展開后的電極排布圖；

圖5為一實(shí)施方式的機(jī)械能采集裝置的制備方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似改進(jìn)，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施的限制。

如圖1所示的一實(shí)施方式中的機(jī)械能采集裝置10，包括第一電極111、第二電極113、駐極體薄膜120和彈性層130。第一電極111和第二電極113絕緣設(shè)置，駐極體薄膜120和彈性層130層疊在第一電極111和第二電極113之間，且駐極體薄膜120靠近第一電極111，彈性層130靠近第二電極113。

其中，駐極體薄膜120為經(jīng)過極化處理的駐極體薄膜。駐極體薄膜120通常在十幾至一百微米的厚度，主要有聚丙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、聚四氟乙烯膜等材料。與采用壓敏裝置采集機(jī)械能的輸出功率相比，采用駐極體采集機(jī)械能的輸出功率會有所提高。駐極體薄膜120是一種具有持久性的固體電介質(zhì)，極化后駐極體薄膜120將帶有永久電荷?？赡苁?/p>

彈性層130使用的材料優(yōu)選多孔的海綿、泡棉或橡膠等柔軟的、彈性較好、壓縮量較大的材料，如乙烯-醋酸乙烯共聚物。厚度一般在1mm～10mm。彈性層130的彈性性能，能夠增加機(jī)械采集裝置10受力時的形變量，且不受力時能自動恢復(fù)，提高機(jī)械能采集裝置10的輸出功率。若采用柔軟的、壓縮量大的彈性材料制作彈性層130，則可以進(jìn)一步提高機(jī)械能采集裝置10的輸出功率。

駐極體薄膜120在進(jìn)行極化之前，通常先對駐極體薄膜120的一面鍍上一層金屬層140，或者直接在駐極體薄膜120的一面貼合上一層金屬層140。之后再對駐極體薄膜120進(jìn)行高壓電暈極化。極化時，由于駐極體薄膜120的一面上有平整的金屬層140，因而對駐極體薄膜120施加電場時，電場線的排布會處于平行且均勻的狀態(tài)，使得極化后，駐極體薄膜120遠(yuǎn)離金屬層140的一面形成帶電均勻的極化面，制成機(jī)械能采集裝置后，能夠提高機(jī)械能采集裝置的輸出功率。金屬層的厚度一般為0.1μm～0.5mm。

其中，層疊駐極體薄膜120時，有金屬層140的一面朝向第一電極111，遠(yuǎn)離金屬層140的一面朝向第二電極113，并且與彈性層130連接。

在本實(shí)施方式中，機(jī)械能采集裝置10還包括第一絕緣薄膜151、第二絕緣薄膜153和第三絕緣薄膜155。第一絕緣薄膜151和第二絕緣薄膜153相對設(shè)置。第一電極111設(shè)置在第一絕緣薄膜151上，第二電極113設(shè)置在第二絕緣薄膜153上。

其中，第一絕緣薄膜151和第二絕緣薄膜153常用的材料為聚對苯二甲酸乙二醇酯，厚度通常在0.05mm～1mm，第一絕緣薄膜151和第二絕緣薄膜153的表面可以印刷電路和涂膠。

結(jié)合圖2，在本實(shí)施方式中，機(jī)械能采集裝置10還包括第一引出電極161和第二引出電極163。第一引出電極161設(shè)置在第一絕緣薄膜151上，且第一引出電極161的一端與第一電極111電連接。第二引出電極163的一端與第二電極113電連接，第二引出電極163的另一端設(shè)置在第一絕緣薄膜151上。第二引出電極163有部分位于機(jī)械能采集裝置10的側(cè)面，并且與第一電極111絕緣。

第三絕緣薄膜155位于機(jī)械能采集裝置10的側(cè)面。第二引出電極163位于機(jī)械能采集裝置10的側(cè)面的部分設(shè)置在第三絕緣薄膜155上，且第三絕緣薄膜155用于保護(hù)第二引出電極163。

電極展開后的排布如圖2所示。第一絕緣薄膜151和第二絕緣薄膜153通過第三絕緣薄膜155連接。第一電極111設(shè)置在第一絕緣薄膜151上，第二電極113設(shè)置在第二絕緣薄膜153上，第一引出電極161設(shè)置在第一絕緣薄膜151上。第二引出電極163通過走線，設(shè)置在第一絕緣薄膜151、第二絕緣薄膜153和第三絕緣薄膜155上。第二引出電極163從第二電極113靠近第三絕緣薄膜155的一端引出后，經(jīng)過第三絕緣薄膜155，并在第一絕緣薄膜151上環(huán)繞第一電極111設(shè)置。第二引出電極163的一端設(shè)置在第一絕緣薄膜151上，另一端與第二電極113靠近第三絕緣薄膜155的一端連接。第一引出電極161和第二引出電極163絕緣設(shè)置，第一電極111和第二電極113絕緣設(shè)置。

在其他實(shí)施方式中，第二引出電極163也可以從第二電極113的其他部位引出。

在其他實(shí)施方式中，第二引出電極163也可以在第三絕緣薄膜155環(huán)繞后，再將第二引出電極163的一端設(shè)置在第一絕緣薄膜151上。

對折第三絕緣薄膜155后，第一絕緣薄膜151位于機(jī)械能采集裝置10的上部，第二絕緣薄膜153位于機(jī)械能采集裝置10的下部，第三絕緣薄膜155位于機(jī)械能采集裝置的側(cè)面。

優(yōu)選的，第一電極111、金屬層140、駐極體薄膜120、彈性層130和第二電極113的尺寸均小于第一絕緣薄膜151和第二絕緣薄膜153的尺寸。將第一電極111、金屬層140、駐極體薄膜120、彈性層130和第二電極113放置在第一絕緣薄膜151和第二絕緣薄膜153的中部，在通過熱熔黏合或者膠水黏合將第一絕緣薄膜151和第二絕緣薄膜153的邊緣連接起來，使得第一電極111、金屬層140、駐極體薄膜120、彈性層130和第二電極113被第一絕緣薄膜151、第二絕緣薄膜153和第三絕緣薄膜155包裹，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械能采集裝置10防水防塵的目的。

本實(shí)施方式中的機(jī)械能采集裝置可以應(yīng)用于可穿戴設(shè)備，可以承受人體的大壓力。特別是應(yīng)用于足部器件，采集足底壓力的機(jī)械能，或者是與衣服等紡織物集成，采集彎折拉伸的機(jī)械能。

上述機(jī)械能采集裝置，將帶有永久電荷的駐極體薄膜放置在兩個電極之間，從而在兩電極上感應(yīng)有相應(yīng)的電荷。通過對此機(jī)械能采集裝置施加壓力、彎曲力或者拉伸力使其發(fā)生形變，以致兩個電極間產(chǎn)生變化的電壓。在兩個電極間設(shè)置彈性層，目的是在外力作用下增加機(jī)械能采集裝置的形變量，從而提高機(jī)械能采集裝置的輸出功率。

如圖3和圖4所示的另一個實(shí)施方式中的機(jī)械能采集裝置20，包括第一電極211、第二電極213、駐極體薄膜220、彈性層230、金屬層240、第一絕緣薄膜251、第二絕緣薄膜253和第三絕緣薄膜255。上述結(jié)構(gòu)與機(jī)械能采集裝置10相同。

機(jī)械能采集裝置20還包括第一引出電極261、第二引出電極263和端子270。端子270與第一絕緣薄膜251連接，第一引出電極261遠(yuǎn)離第一電極211的一端和第二引出電極263遠(yuǎn)離第二電極213的一端匯合到端子270處。

為了增加端子270的強(qiáng)度，還可以在端子270上增加一個加強(qiáng)片，形成FPC端子。端子270的大小和厚度，第一引出電極261和第二引出電極263的間距等，均按照標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，這樣可以使得機(jī)械能采集裝置20與標(biāo)準(zhǔn)的連接器相連接。端子270通過鍍銀加強(qiáng)處理，可以增加端子270使用的拔插次數(shù)和降低接觸電阻。匯合到端子270的第一引出電極261和第二引出電極263的部分線路，可以印刷絕緣漆，防止短路。

端子270可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)，如有時需要正反都有對應(yīng)的連接點(diǎn)，可以通過導(dǎo)通孔來實(shí)現(xiàn)，這樣可以靈活采用連接器，方便選型和通用。

進(jìn)一步，可以在第一引出電極261和第二引出電極263露出的部分線路上，增加納米防水材料，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械能采集裝置20的防水設(shè)計(jì)。

本實(shí)施方式中的機(jī)械能采集裝置可以應(yīng)用與可穿戴設(shè)備，可以承受人體的大壓力。特別是應(yīng)用于足部器件，采集足底壓力的機(jī)械能，或者是與衣服等紡織物集成，采集彎折拉伸的機(jī)械能。

上述機(jī)械能采集裝置，將帶有永久電荷的駐極體薄膜放置在兩個電極之間，從而在兩電極上感應(yīng)有相應(yīng)的電荷。通過對此機(jī)械能采集裝置施加壓力、彎曲力或者拉伸力使其發(fā)生形變，以致兩個電極間產(chǎn)生變化的電壓。在兩個電極間設(shè)置彈性層，目的是在外力作用下增加機(jī)械能采集裝置的形變量，從而提高機(jī)械能采集裝置的輸出功率。

如圖5的一實(shí)施方式中的機(jī)械能采集裝置的制備方法，包括如下操作。

S110，提供彈性層和駐極體薄膜。

提供彈性層和駐極體薄膜，并根據(jù)需要，將彈性層和駐極體薄膜裁剪成需要的尺寸。

其中，駐極體薄膜為經(jīng)過極化處理的駐極體薄膜。駐極體薄膜通常在十幾至一百微米的厚度，主要有聚丙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、聚四氟乙烯膜等材料。

彈性層使用的材料優(yōu)選多孔的海綿、泡棉或橡膠等柔軟的、彈性較好、壓縮量較大的材料，如乙烯-醋酸乙烯共聚物。厚度一般在1mm～10mm。

S120，對駐極體薄膜進(jìn)行極化處理。

采用電鍍或者貼合的方法，在駐極體薄膜的一面上形成一層金屬層。金屬層的厚度一般為0.1μm～0.5mm。再對形成有金屬層的駐極體薄膜進(jìn)行高壓電暈極化。其中，高壓電暈極化的具體操作為在放電針上施加幾千伏以上的直流電壓，由于強(qiáng)電場的作用，放電針周圍空氣明顯擊穿，出現(xiàn)電暈放電現(xiàn)象，將待極化的駐極體材料放置在極化臺金屬板上面，駐極體材料有金屬鍍層面接觸極化臺金屬板，放電針垂直對中駐極體材料，正對放電針面的駐極體材料將注入相應(yīng)的電荷。為了獲得均勻的極化效果，通常在駐極體材料上下施加一個均勻的電場，通常施加幾百伏電壓形成電場。

極化時，由于駐極體薄膜的一面上有平整的金屬層，因而對駐極體薄膜施加電場時，電場線的排布會處于平行且均勻的狀態(tài)，使得極化后，駐極體薄膜遠(yuǎn)離金屬層的一面形成帶電均勻的極化面，制成機(jī)械能采集裝置后，能夠提高機(jī)械能采集裝置的輸出功率。

S130，將駐極體薄膜和彈性層放置在相對設(shè)置的第一電極和第二電極之間，得到機(jī)械能采集裝置。

提供第一絕緣薄膜、第二絕緣薄膜和第三絕緣薄膜。第一絕緣薄膜和第二絕緣薄膜通過第三絕緣薄膜連接。

針對不同的尺寸要求裁剪好第一絕緣薄膜、第二絕緣薄膜和第三絕緣薄膜。在第一絕緣薄膜上印刷導(dǎo)電材料形成第一電極，在第二絕緣薄膜上印刷導(dǎo)電材料形成第二電極。導(dǎo)電材料主要有導(dǎo)電銀漿或?qū)щ娪湍?。第一電極的尺寸小于第一絕緣薄膜，第二電極的尺寸小于第二絕緣薄膜。第一電極和第二電極絕緣設(shè)置。

在第一絕緣薄膜的邊上形成一個端子作為最終輸出端，必要時，可以貼合加強(qiáng)片。

在第一絕緣薄膜上印刷第一引出電極，且第一引出電極的一端與第一電極電連接。在第一絕緣薄膜、第二絕緣薄膜和第三絕緣薄膜上印刷第二引出電極，第二引出電極的一端與第二電極電連接，另一端通過走線設(shè)置在第一絕緣薄膜上。第一引出電極和第二引出電極絕緣設(shè)置。

第一引出電極遠(yuǎn)離第一電極的一端和第二引出電極遠(yuǎn)離第二電極的一端匯合到端子處。端子的大小和厚度，第一引出電極和第二引出電極的間距等，均按照標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，這樣可以使得機(jī)械能采集裝置與標(biāo)準(zhǔn)的連接器相連接。端子通過鍍銀加強(qiáng)處理，可以增加端子使用的拔插次數(shù)和降低接觸電阻。匯合到端子的第一引出電極和第二引出電極的部分線路，可以印刷絕緣漆，防止短路。端子可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)，如有時需要正反都有對應(yīng)的連接電，可以通過導(dǎo)通孔來實(shí)現(xiàn)，這樣可以靈活采用連接器，方便選型和通用。進(jìn)一步，可以在第一引出電極和第二引出電極漏出的部分線路上，增加納米防水材料，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械能采集裝置的防水設(shè)計(jì)。

對折第三絕緣薄膜，使第一電極和第二電極相對設(shè)置。

將含有金屬層的駐極體薄膜和彈性層放置在相對設(shè)置的第一電極和第二電極之間。其中，駐極體薄膜朝向金屬層的一面，與第一電極連接，遠(yuǎn)離金屬層的一面，即極化面，與彈性層連接，彈性層再與第二電極連接。

通過裁剪，使得駐極體薄膜的尺寸與彈性層的尺寸均小于第一絕緣薄膜和第二絕緣薄膜。放置駐極體薄膜和彈性層后，駐極體薄膜和彈性層在第一絕緣薄膜和第二絕緣薄膜的中部。將第一絕緣薄膜和第二絕緣薄膜的邊緣通過熱熔黏合或者現(xiàn)在第一絕緣薄膜和第二絕緣薄膜的邊緣內(nèi)面印刷膠水然后再黏合。經(jīng)過處理后，第一電極、金屬層、駐極體薄膜、彈性層和第二電極被第一絕緣薄膜、第二絕緣薄膜和第三絕緣薄膜包裹起來，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械能采集裝置防水防塵的目的。

上述機(jī)械能采集裝置的制備方法簡單，成本低。通過該機(jī)械能采集裝置的制備方法制備得到的械能采集裝置，將帶有永久電荷的駐極體薄膜放置在兩個電極之間，從而在兩電極上感應(yīng)有相應(yīng)的電荷。通過對此機(jī)械能采集裝置施加壓力、彎曲力或者拉伸力使其發(fā)生形變，以致兩個電極間產(chǎn)生變化的電壓。在兩個電極間設(shè)置彈性層，目的是在外力作用下增加機(jī)械能采集裝置的形變量，從而提高機(jī)械能采集裝置的輸出功率。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。