一种基于压电材料的能量转换装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及发电技术，尤其是一种基于压电材料的声波发电装置。
【背景技术】
[0002] 声音是由物体振动产生的，是日常生活中每天能接触到的现象，是人们交流信息、 彼此沟通的重要渠道，它无时无刻不在。声音的传播形式是声波。声波分为超声波、次声波 以及人耳可以听到的声波三种。其中，人耳可以听到的声波频率在20HZ?20000HZ之间， 高于20000HZ的声波称为超声波，低于20HZ的声波称为次声波，不同频率的声音效果不同， 可能是美妙的音乐，也可能变成噪音。美妙的音乐是指让人产生舒适感觉或听觉享受的声 音，它可以让你放松心情、身心愉悦、排走寂寞。噪音是指不恰当或者不舒服的听觉刺激，从 社会和心理意义来说，凡是妨碍人们学习、工作和休息并使人产生不舒适感觉的声音都叫 噪音，噪音影响我们的睡眠质量，导致头晕、头痛、失眠、多梦、记忆力减退、注意力不集中等 症状，严重影响人们的身心健康。目前超声波和次声波已得到了一定程度的应用，例如利用 次声波可以探测自然灾害性事件、利用超声波击碎人体的结石、利用超声波探测金属、陶瓷 混凝土制品等。
[0003] 目前，在利用声波进行发电已经有非常多的应用，如公开号为 CN201478981，标 题为"声波发电装置"的专利披露的一种利用声波对振动膜片做功，让其的振动再引起封闭 线圈的运动，从而封闭线圈在磁体形成的磁场中切割磁力线，产生电能，实现了利用声波发 电。这也是目前利用声波发电的主要方式之一。但是这种发电方式存在体积较大，不易应 用到小型电子产品；发电效率较低，容易磨损和维护困难等问题。因此，需要一种新的利用 声波发电的方式来克服上述问题。
【发明内容】
[0004] 本发明实施例提出一种基于压电材料的能量转换装置，包括集音单元，转换单元 和电流输出单元，所述集音单元用于收集并输出声波信号，所述转换单元包括压电转能模 块，可通过压电材料将所述声波信号的能量转换为电能。
[0005] 更进一步，所述压电转能模块包括由金属制成的第一电极、由压电材料制成的压 电部件以及由金属或者压电材料制成的第二电极，所述压电部件可与第一、第二电极接触 并实现电通导。
[0006] 更进一步，所述第一电极朝向压电材料的一面设置为锯齿状，表面覆盖一层金属 钼，且第一电极通过弹性物质与周围固定。
[0007] 更进一步，所述第一电极优选使用钯/金制成。
[0008] 更进一步，所述压电材料优选使用氧化锌。
[0009] 更进一步，所述压电部件为由氧化锌柱组成的阵列。
[0010] 更进一步，所述氧化锌柱的优选尺寸为长度10微米，直径150纳米。
[0011] 更进一步，所述能量转换装置还包括聚能单元，所述聚能单元将所述集音单元输 出的声波信号进行放大后提供给所述转换单元。
[0012] 更进一步，所述聚能单元为内表面光滑的椭圆体。
[0013] 本发明实施例提供的基于压电材料的能量转换装置，能够为将有效将声波转化为 电能，具有体积小，设计简单，效率高，寿命长、易维护的优点，可以广泛为体积越来越小的 电子产品或可穿戴设备提供电源支持。
【附图说明】
[0014] 图1-1展示基于压电材料的能量转换装置一种结构图； 图1-2展示基于压电材料的能量转换装置另一种结构图； 图2-1是压电转能模块部分一种实施例的构成示意图； 图2-2是压电转能模块部另一种实施例的分构成示意图； 图2-3是压电转能模块构整体结构图； 图3是聚能单元结构示意图； 图4是基于压电材料能量转换装置的工作流程图。
【具体实施方式】
[0015] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，本发明实例在附图中示出，尽管将结合这些实施例来描述本发明，应该理解其并 非要将本发明限制为这些实施例。相反，本发明意欲覆盖可包括在所附权利要求所限定的 精神和范围内的替换、修改和等效形式。另外，在对本发明实施例的以下详述中，提出了很 多具体细节以使本发明得到彻底理解。然而，本领域普通技术人员将认识到，没有这些具体 细节也可实施本发明。在其它实例中，为了不必要地模糊本发明的方面，未详细描述公知的 方法、过程、部件和电路。 以下详细描述的一些部分是按照过程、步骤、逻辑块、处理及对可在计算机存储器上执 行的数据位的操作的其它符号表示来提出的。这些描述和表示是数据处理领域的技术人员 所使用的、为了将其工作的实质最有效地传达给该领域其它技术人员的手段。这里，过程、 计算机执行的步骤、逻辑块、进程等通常设想为导致期望结果的步骤或指令的自洽序列。所 述步骤是需要对物理量的物理操纵的步骤。通常，尽管不必要，这些量采用能够在计算机系 统中存储、传递、组合、比较或另外操纵的电或磁信号的形式。已经证明，主要是为了公共使 用的原因，将这些信号称作位、值、元素、符号、字符、项目、数字等有时是方便的。 然而，应牢记的是，所有这些和相似的术语应与适当的物理量相关联并且仅仅是适用 于这些量的方便标记。除非特别指明，否则如以下描述中所显而易见的，应理解在整个本发 明中，讨论所用的术语，如"关联"或"识别"或"再现"或"需要"或"确定"或"重复"或"执 行"或"检测"或"引导"等，指的是电子系统或类似电子计算设备的动作和过程，其将电子 设备的寄存器和存储器内的表示为物理（电子）量的数据操纵和变换成电子设备存储器或 寄存器或者其它这样的信息存储、传输或显示设备内的类似地表示为物理量的其它数据。
[0016] 人们很早就发现，某些物质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会 产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢 复到不带电的状态，称之为正压电效应，反之，施加激励电场，介质将产生机械变形，称逆压 电效应。这种物质被统称为压电材料。利用压电材料将外力转换成电能的特性，可以制造 出压电点火器、移动X光电源、炮弹引爆装置。电子打火机中就有压电材料制作的火石，打 火次数可在100万次以上。用压电材料把电能转换成超声振动，可以用来探寻水下鱼群的 位置和形状，对金属进行无损探伤，以及超声清洗、超声医疗，还可以做成各种超声切割器、 焊接装置及烙铁，对塑料甚至金属进行加工。
[0017] 压电材料具有敏感的特性，可以将极其微弱的机械振动转换成电信号，可用于声 纳系统、气象探测、遥测环境保护、家用电器等。地震是毁灭性的灾害，而且震源始于地壳深 处，以前很难预测，使人类陷入了无计可施的尴尬境地。压电材料对外力的敏感使它甚至可 以感应到十几米外飞虫拍打翅膀对空气的扰动，用它来制作压电地震仪，能精确地测出地 震强度，指示出地震的方位和距离。
[0018] 由于压电材料是天然的换能器，能够敏感的将机械能转换为电能，且纳米级的压 电材料已然可以实现工业化生产，用纳米级的压电材料可以制作出体积非常小的声波发电 机，能够适用于当前小型化的电子设备。
[0019] 本发明所述的基于压电材料的能量转换装置，就是基于纳米级的压电材料设计的 可将声波信号有效收集并将其转化为电能的装置。
[0020] 图1-1说明根据本发明的各种例示性实施例的展示基于压电材料的能量转换装 置结构图。
[0021] 图1-1中，基于压电材料的能量转换装置100和应用200通过有线或无线的方式 实现电力连接，能量转换装置100的电能传输到应用200中，所述应用200可以是各种各样 需要供电的电子设备，也可以是储电装置，如可充电的电池等。能量转换装置100包括集音 单元101、转换单元102以及电流输出单元103。
[0022] 集音单元101，用于将能量转换装置100周围的声音收集并提供到转换单元102 中，参照声波的物理特性，集音单元可以设置成现有技术中采集声音的各种形状，例如类似 医学用诊断听筒的吸音部件，或者喇叭状，或集音腔等，可对周围不同频率的声波收集到一 个方向中。
[0023] 更进一步的，集音单元101可以是多个的，例如左右、上下、前后等方向分布布局 或者根据环境特点有针对性布局若干个集音单元101，从而实现对周围各个来源的音波进 行收集处理。
[0024] 转换单元102,用于将集音单元101或