基于电化学微细加工的MEMS能量采集器研究

发布时间：2024-05-28 00:43

　　随着物联网技术和可穿戴设备的飞速发展,能量采集技术受到越来越多的关注。环境中机械能的普遍存在,使能量采集器收集振动能量及人体运动能量成为可能。然而,无论环境中的振动还是人体运动都在低频范围内,现有的振动能量采集器和柔性可穿戴能量采集器在低频环境中发电效率很低且发电不稳定,不能满足为电子器件持续供电的要求。因此,研究出在低频环境中仍可稳定发电的能量采集器非常有必要。此外,随着电化学微细加工工艺的逐渐成熟,将其运用到能量采集器的制作中成为目前能量采集器的研究热点之一。本论文研究基于电化学微细加工的MEMS能量采集器,采用电化学微细加工工艺制作金属微悬臂梁,并在此基础上制作了针对低频宽频带环境振动的能量采集器和针对低频人体运动的柔性可穿戴能量采集器。本论文首先对电化学微细加工工艺进行研究,包括电镀工艺条件的选择、电镀工艺流程及电镀条件,单晶硅腐蚀工艺等。其中工艺重难点是:(1)通过调整工艺参数,实现具有高深宽比结构的胶膜制作;(2)通过理论计算与实验验证相结合,有效控制电镀金属层的厚度。采用电化学微细加工工艺制作出的镍悬臂梁结构微小、精度高且柔韧性好、可承受大位移振动,克服了传统硅悬臂梁脆性...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1常见的环境振动频率和幅度典型范围

图1-1常见的环境振动频率和幅度典型范围

图1-2环境振动频谱示例

图1-2环境振动频谱示例。(a)渡轮；(b)直升机。.2能量采集器

图1-4静电式能量采集器示意图(a)面内overlap型，(b)面内gapclosing型，(c)面外gapclosing型

图1-4静电式能量采集器示意图(a)面内overlap型，(b)面内gapclosing型，(c)面外gapclosing型目前主要有德国弗莱堡大学[18]、日本东京大学[19]、德国微系统与信息技术研[20][21][22]

图1-5电磁式能量采集器结构示意图所示(a)为英国sheffield大学研制的动铁型振动能量采集器；(b)为美国MIT动圈型振动能量采集器；(c)（示意图）和(d)（剖面图）分别为美国Michigan大学提出的铁圈同振型能量采集器

-5电磁式能量采集器结构示意图所示(a)为英国sheffield大学研制的动铁型振动能；(b)为美国MIT动圈型振动能量采集器；(c)（示意图）和(d)（剖面图）分别为Michigan大学提出的铁圈同振型能量采集器。

本文编号：3983266