基于液滴移动发电的微型能量采集电极装置及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明所涉及的领域是一种基于液滴移动发电的微型能量采集电极装置，属于能量采集技术领域。
【背景技术】
[0002]能量采集技术在人们的日常生产和生活中不断更新，最早使用的能量采集装置可追溯到风车、船帆、水轮时代。随着电能的出现及广泛使用，基于环境能量转换成电能的能量采集装置不断出现，批量化的环境能量转化成电能装置有风力发电机、水力发电机、地热发电机、太阳能发电机等发电装置。
[0003]大功率环境能量转化成电能的装置极大推动了社会进步，而由于其体积大、不易挪移等缺陷，无法满足逐渐增多的野外等恶劣环境下运行的低功耗器件要求。便携式小功率的环境能量转换装置应运而生，先后出现了电磁式、压电式、静电式等能量采集装置，这些能量采集装置多是将环境中运动物体的动能转化为电能，具有独立的能量转换部件，同时需要不断的对能量转换部件进行磁化、充电等过程，后续使用过程中维护工作量大，难以实现便携式能量采集装置的应用。
【发明内容】
[0004]针对上述存在的技术问题和能量采集装置的缺陷，本发明的目的是提出一种能够满足野外环境下运行的低功耗器件的需求，并且结构简洁、操作方便、高功耗、便携式基于液滴移动发电的微型能量采集电极装置。
[0005]本发明采用如下技术方案:一种基于液滴移动发电的微型能量采集电极装置，该装置至少包括衬底基片、形成于所述衬底基片上与外接负载连接的第一电极和第二电极、覆盖部分所述第一电极和第二电极的电介质层、覆盖所述电介质层的疏水层以及在该疏水层上移动的液滴，所述液滴移动时经过所述第一电极和第二电极。
[0006]优选地，所述衬底基片上形成有沟槽，该沟槽包括底部以及与该底部侧边延伸的侧壁；所述第一电极和第二电极一部分在该沟槽的底部和侧壁上内，另一部分自沟槽外的衬底基片引出；所述电介质层以及疏水层依次覆盖在所述沟槽的底部和侧壁上。
[0007]本发明还提供一种基于液滴移动发电的微型能量采集电极装置的制备方法，该制备方法包括以下步骤:
[0008]I)提供一衬底基片；
[0009]2)采用溅射工艺在衬底基片上形成金属层，依次采用光刻工艺、金属腐蚀工艺、去胶工艺将衬底基片上多余金属层去除以形成第一电极和第二电极；然后自所述第一电极和第二电极引出导线，两导线用于连接外接负载；
[0010]3)采用PECVD沉积工艺在形成有第一电极和第二电极的衬底基片沉积电介质层；所述电介质层覆盖部分所述第一电极和第二电极；
[0011]4)采用等离子体沉积工艺在所述电介质层上沉积疏水层。
[0012]本发明还提供另一种基于液滴移动发电的微型能量采集电极装置的制备方法，该制备方法包括以下步骤:
[0013]I)提供一衬底基片；
[0014]2)采用湿法腐蚀工艺在该衬底基片指定位置腐蚀出侧壁与底面呈斜度为125.3°的沟槽；
[0015]3)采用金属溅射工艺在该沟槽侧壁和底部溅射金属层，依次采用光刻工艺、金属腐蚀工艺、去胶工艺将衬底基片上多余金属层去除以形成第一电极和第二电极；然后自所述第一电极和第二电极引出导线，两导线用于连接外接负载；
[0016]5)采用PECVD沉积工艺在沟槽侧壁和底部沉积电介质层；
[0017]6)采用等离子体沉积工艺在所述电介质层上沉积形成疏水层。
[0018]本发明还提供再一种基于液滴移动发电的微型能量采集电极装置的制备方法，该制备方法包括以下步骤::
[0019]I)提供一衬底基片；
[0020]2)依次采用光刻工艺、深反应离子刻蚀工艺在所述硅衬底基片上制备侧壁垂直于底面的沟槽；
[0021]3)采用金属溅射工艺在该沟槽侧壁和底部溅射溅射金属层，依次采用光刻工艺、金属腐蚀工艺、去胶工艺将衬底基片上多余金属层去除以形成第一电极和第二电极；然后自所述第一电极和第二电极引出导线，两导线用于连接外接负载；
[0022]4)采用PECVD沉积工艺在沟槽侧壁和底部沉积电介质层；
[0023]5)采用等离子体沉积工艺在所述电介质层上沉积形成疏水层。
[0024]本发明的有益效果在于:所述能量采集电极装置，简化了独立的能量转化部件，将其与电极合并，减少了对能量采集部件的磁化、充电等过程，同时避免了大功率发电装置的体积大、不易挪移的缺陷；又能满足野外等恶劣环境下运行的低功耗器件供电需求，真正实现结构简洁、操作方便、高功率、便携式基于液滴移动发电的微型能量采集电极装置，实现了通过液滴移动来将液滴势能转化为电能的装置。
【附图说明】
[0025]图1为本发明实施例一基于液滴移动发电能量采集电极装置。
[0026]图2为本发明实施例二基于液滴移动发电的包括沟槽结构能量采集电极装置。
[0027]图3为本发明实施例三基于液滴移动发电的包括沟槽结构能量采集电极装置。
[0028]元件标号说明
[0029]衬底I
[0030]电介质层3、6、9
[0031]疏水层4、7、10
[0032]电极2、5、8
[0033]液滴11
[0034]Θ装置与水平面的夹角
【具体实施方式】
[0035]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0036]需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0037]—种基于液滴移动发电的微型能量采集电极装置，该装置至少包括衬底基片、形成于所述衬底基片上与外接负载连接的第一电极和第二电极、覆盖部分所述第一电极和第二电极的电介质层、覆盖所述电介质层的疏水层以及在该疏水层上移动的液滴，所述液滴移动时经过所述第一电极和第二电极。
[0038]作为一种实施例，所述衬底基片上形成有沟槽，该沟槽包括底部以及与该底部侧边延伸的侧壁；所述第一电极和第二电极一部分在该沟槽的底部和侧壁上内，另一部分自沟槽外的衬底基片引出；所述电介质层以及疏水层依次覆盖在所述沟槽的底部和侧壁上。所述沟槽的横截面为倒梯形或矩形。
[0039]本发明还提供一种基于液滴移动发电的微型能量采集电极装置的制备方法，该制备方法包括以下步骤:
[0040]I)提供一衬底基片；
[0041]2)采用溅射工艺在衬底基片上形成金属层，依次采用光刻工艺、金属腐蚀工艺、去胶工艺将衬底基片上多余金属层去除以形成第一电极和第二电极；然后自所述第一电极和第二电极引出导线，两导线用于连接外接负载；
[0042]3)采用PECVD沉积工艺在形成有第一电极和第二电极的衬底基片沉积电介质层；所述电介质层覆盖部分所述第一电极和第二电极；
[0043]4)采用等离子体沉积工艺在所述电介质层上沉积疏水层。
[0044]本发明还提供另一种基于液滴移动发电的微型能量采集电极装置的制备方法，该制备方法包括以下步骤:
[0045]I)提供一衬底基片；
[0046]2)采用湿法腐蚀工艺在该衬底基片指定位置腐蚀出侧壁与底面呈斜度为125.3°的沟槽；
[0047]3)采用金属溅射工艺在该沟槽侧壁和底部溅射金属层，依次采用光刻工艺、金属腐蚀工艺、去胶工艺将衬底基片上多余金属层去除以形成第一电极和第二电极；然后自所述第一电极和第二电极引出导线，两导线用于连接外接负载；
[0048]4)采用PECVD沉积工艺在沟槽侧壁和底部沉积电介质层；
[0049]5)采用等离子体沉积工艺在所述电介质层上沉积形成疏水层。
[0050]本发明还提供再一种基于液滴移动发电的微型能量采集电极装置的制备方法，该制备方法包括以下步骤::
[0051]I)提供一衬底基片；
[0052]2)依次采用光刻工艺、深反应离子刻蚀工艺在所述硅衬底基片上制备侧壁垂直于底面的沟槽；
[0053]3)采用金属溅射工艺在该沟槽侧壁和底部溅射金属层，依次采用光刻工艺、金属腐蚀工艺、去胶工艺将衬底基片上多余金属层去除以形成第一电极和第二电极；然后自所述第一电极和第二电极引出导线，两导线用于连接外接负载；
[0054]4)采用PECVD沉积工艺在沟槽侧壁和底部沉积电介质层；
[0055]5)采用等离子体沉积工艺在所述电介质层上沉积形成疏水层。
[0056]本发明中，液滴以初始动能在疏水层界面上移动，当液滴经过嵌入在电介质里的电极时，接触界面的电荷会重新分布，并在电极两端上产生一个电势差，此电势差大小与液滴接触界面的面积成正相关。