一种环境电磁场能量收集装置及其制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术实施例涉及一种环境电磁场能量收集装置及其制备方法，所述微纳电源系统包括：制备于同一衬底之上的接收电极、桥式整流电路，以及第一测试电极和第二测试电极；所述接收电极的第一输出端与所述桥式整流电路的第一交流输入端通过导电电路电性连接；所述桥式整流电路的第二交流输入端空置；所述桥式整流电路的第一直流输出端与所述第一测试电极通过导电电路电性连接；所述桥式整流电路的第二直流输出端与所述第二测试电极通过导电电路电性相连。

【技术实现步骤摘要】
一种环境电磁场能量收集装置及其制备方法
本专利技术涉及微能源
，尤其涉及一种环境电磁场能量收集装置及其制备方法。
技术介绍
电磁场在我们的生活中无处不在，从地球本身存在的电磁场到因为人为工程技术产生的电磁场。近年来由于物联网的不断发展，我们生活环境中的无线射频源也在不断增加，尤其是5G技术的发展导致无线发射基站的大量建立，更是进一步增强了环境中电磁场的强度。这部分电磁场包含大量没有被收集和利用的能量，根据相关研究表明，人口聚集城市的环境电磁场所包含的能量密度可达数十微瓦特每平方米(Ramirez-Vazquez,Raquel,etal."CharacterisationofpersonalexposuretoenvironmentalradiofrequencyelectromagneticfieldsinAlbacete(Spain)andassessmentofriskperception."Environmentalresearch172(2019):109-116)。这部分能量虽然不能供给大功率型电子设备，但是由于便携式可穿戴电子设备及微弱信号探测等低功率电子设备日益普及，它们对于小型微纳能源的需求也与日俱增。现有技术：基本上都是如何避免环境电磁场对工作设备的干扰，没有想到去收集并利用它？因此如何有效收集并利用环境中电磁场的能量也愈发重要。因此，如何发展一种结构简单并且适用于小型可穿戴式电子设备的电磁场能量收集装置是本专利技术重点讨论的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种结构简单、行之有效的环境电磁场能量收集装置及其制备方法，适用于小型可穿戴式器件及微弱信号探测等低功率电子设备的供电。第一方面，本专利技术实施例提供了一种环境电磁场能量收集装置，所述装置包括：制备于同一衬底之上的接收收电极、桥式整流电路，以及第一测试电极和第二测试电极；所述接收电极的第一输出端与所述桥式整流电路的第一交流输入端通过导电电路电性连接；所述桥式整流电路的第二交流输入端空置；所述桥式整流电路的第一直流输出端与所述第一测试电极通过导电电路电性连接；所述桥式整流电路的第二直流输出端与所述第二测试电极通过导电电路电性相连。优选的，所述接收电极为图形化的导电膜，包括所述第一输出端。优选的，所述导电电路为图形化的导电膜。进一步优选的，所述图形化的导电膜具体包括：铬、钛金、银、铝、铜、镍、铁、铂、铟锡氧(ITO)、铝锌氧(AZO)、镓锌氧(GZO)、氟锡氧(FTO)、银纳米线(AgNW)、石墨烯或碳纳米管中的任一种或多种介质构成的导电膜。优选的，所述衬底包括：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰亚胺(PI)、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、蓝宝石(Al2O3)、硅(Si)、碳化硅(SiC)、石英玻璃(SiO2)或砷化镓(GaAs)中的任一种材料构成的衬底。第二方面，本专利技术实施例提供了一种环境电磁场能量收集装置的制备方法，所述方法包括：对衬底进行预处理；在预处理后的衬底上制备接收电极和整流电路，以及第一测试电极与第二测试电极；所述接收电极具有第一输出端，所述整流电路具有第一交流输入端、第二交流输入端、第一直流输出端和第二直流输出端；在衬底上制备导电介质膜并对所述导电介质膜进行图形化处理，形成导电电路，通过所述导电电路连接所述第一输出端与所述第一交流输入端、所述第一直流输出端与所述第一测试电极、所述第二直流输出端与所述第二测试电极；在衬底上制备聚合物，以形成所述整流电路的封装层；去除所述第一测试电极和所述第二测试电极以及接收电极之上覆盖的聚合物。优选的，所述对衬底进行预处理具体包括：使用丙酮、异丙醇对衬底进行超声清洗，并用氮气吹干。优选的，所述在预处理后的衬底上制备接收电极和整流电路，以及第一测试电极与第二测试电极具体包括：采用半导体制程工艺，通过曝光、刻蚀、沉积、溅射的处理方式，在预处理后的衬底上制备接收电极和整流电路，以及第一测试电极与第二测试电极。本专利技术实施例提供的环境电磁场能量收集装置，为接收电极与整流电路相结合的一体化系统。通过将接收电极和整流电路制作在同一衬底上，降低了制造成本，简化了工艺，实现了环境电磁场能量收集装置的一体化。通过人体作为电磁波传导媒介，将环境中的射频电磁场信号传导给接收电极，经过整流电路之后进而输出直流电信号。整个装置结构简单，工作模式易行。可以对采集到的能量进行收集或者直接给小型低功耗电子器件进行供电，具有很好的实用性、高效性与通用性。附图说明图1为本专利技术实施例提供的环境电磁场能量收集装置的制备方法流程图；图2为本专利技术实施例一提供的环境电磁场能量收集装置制备过程示意图；图3为本专利技术实施例一提供的环境电磁场能量收集装置实物图；图4为本专利技术实施例一提供的器件组成连接关系示意图；图5为本专利技术实施例一提供的环境电磁场能量收集装置在人体与接收电极接触时的直流电压输出曲线图；图6为本专利技术实施例一提供的环境电磁场能量收集装置在人体与接收电极接触时的直流电流输出曲线；图7为本专利技术实施例一提供的环境电磁场能量收集装置中整流电路的整流特性曲线图；图8为本专利技术实施例一提供的环境电磁场能量收集装置在人体与接收电极和有源电子设备同时接触时的直流输出曲线图；图9为本专利技术实施例一提供的环境电磁场能量收集装置在人体与有源电子设备接触或不接触时给10微法的超级电容器充电的电压曲线图；图10为本专利技术实施例六提供的全柔性环境电磁场能量收集装置的制备过程示意图。具体实施方式下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。本专利技术实施例提供了一种环境电磁场能量收集装置，包括制备于同一衬底之上的接收电极、整流电路，以及第一测试电极和第二测试电极。优选的，整流电路为桥式整流电路。该系统可以同过如下所述的制备方法得到，其具体流程步骤如图1所示，包括：步骤110，对衬底进行预处理；具体的，使用丙酮、异丙醇对衬底进行超声清洗，并用高纯氮气吹干。所用衬底包括：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰亚胺(PI)、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、蓝宝石(Al2O3)、硅(Si)、碳化硅(SiC)、石英玻璃(SiO2)或砷化镓(GaAs)中的任一种材料构成的衬底。步骤120，在预处理后的衬底上制备接收电极和整流电路，以及测试电极；具体的，采用半导体制程工艺，通过曝光、刻蚀、沉积、溅射的处理方式，在预处理后的衬底上制备整流电路和接收电极。所制备的整流电路具有第一交流输入端、第二交流输入端、第一直流输出端和第二直流输出端；接收电极具有第一输出端；此外，该步骤还同时制备了第一测试电极和第二测试电极。步骤130，在衬底本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环境电磁场能量收集装置，其特征在于，所述能量收集装置包括：制备于同一衬底之上的接收电极、桥式整流电路，以及第一测试电极和第二测试电极；/n所述接收电极的第一输出端与所述桥式整流电路的第一交流输入端通过导电电路电性连接；所述桥式整流电路的第二交流输入端空置；所述桥式整流电路的第一直流输出端与所述第一测试电极通过导电电路电性连接；所述桥式整流电路的第二直流输出端与所述第二测试电极通过导电电路电性相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种环境电磁场能量收集装置，其特征在于，所述能量收集装置包括：制备于同一衬底之上的接收电极、桥式整流电路，以及第一测试电极和第二测试电极；
所述接收电极的第一输出端与所述桥式整流电路的第一交流输入端通过导电电路电性连接；所述桥式整流电路的第二交流输入端空置；所述桥式整流电路的第一直流输出端与所述第一测试电极通过导电电路电性连接；所述桥式整流电路的第二直流输出端与所述第二测试电极通过导电电路电性相连。


2.根据权利要求1所述的环境电磁场能量收集装置，其特征在于，所述接收电极为图形化的导电膜，包括所述第一输出端。


3.根据权利要求1所述的环境电磁场能量收集装置，其特征在于，所述导电电路为图形化的导电膜。


4.根据权利要求2所述的环境电磁场能量收集装置，其特征在于，所述图形化的导电膜具体包括：铬、钛金、银、铝、铜、镍、铁、铂、铟锡氧(ITO)、铝锌氧(AZO)、镓锌氧(GZO)、氟锡氧(FTO)、银纳米线(AgNW)、石墨烯或碳纳米管中的任一种或多种介质构成的导电介质膜。


5.根据权利要求1所述的环境电磁场能量收集装置，其特征在于，所述衬底包括：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰亚胺(PI)、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP...

【专利技术属性】
技术研发人员：王涛，梅增霞，梁会力，杜小龙，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11