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脉冲直流磁控溅射沉积氮化铝压电薄膜的基于微机电系统的振动能量收集器
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上传时间: 2021-03-09
详细说明：基于压电振动的能量收集对于低功率无线传感器网络节点的耐用且可靠的电源而言，是一种有前途的替代方案。 然而，提高与压电振动相关的能量采集器的能量转换效率与结构参数和材料密切相关，已成为当务之急。 本文提出，建模，优化和制造了一种微机电系统（MEMS）悬臂式氮化铝（AlN）振动能量收集器。 通过具有优化Craft.io参数的脉冲直流磁控溅射，沉积了c轴取向的AlN压电薄膜。 此外，详细推导了耦合分布参数模型，并通过ANSYS有限元分析对其进行了验证，并将其应用于结构参数和载荷阻力的优化。 最后，该器件的原型是通过标准的体硅技术制造的。 结果，在1g和210.85 Hz时，最大输出均方根（RMS）电压可达到4.66 V，原型的输出平均功率和输出平均功率密度分别高达56.4μW和854.55μW/（cm3· g2）的负载电阻分别为146.6kΩ。 实验结果与理论分析吻合良好。 导出的CDP模型在基于悬臂的压电振动能量采集器中，对于结构设计和性能优化，特别是对于长尖端质量的设备，具有重要而有效的指导作用。 该原型在无线传感器网络节点（如结构健康监测系统）领域具有广阔的应用前景。
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