专利名称：一种能够发电的键盘的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及能量转换键盘，具体涉及ー种能够将机械能转换为电能的发电键盘。
背景技术：
随着纳米技术的发展，出现了越来越多的纳米电子器件，这些纳米电子器件在军事、生物等领域都有广泛的应用。而所有的纳米电子器件都需要有一个微观尺度的电源来供给能量，只有电源也微型化，才能实现真正的系统集成。因此，开发能够发电、将环境中的 能量转换为电能的器件，对于纳米电子器件的应用有重要的意义。沿c轴方向生长的ZnO纳米线具有非中心对称结构，氧原子和锌原子在各自的晶面形成四面体结构，并沿c轴方向堆积。如果纳米线受到外界应力作用而产生拉伸、压缩、弯曲等变形，正负离子的电荷中心将发生移动，产生宏观电荷积累，从而产生电压。氧化锌材料在所有的四面体结构的半导体中，有最大的压电常数，可以产生大的机电耦合。而研究资料表明，低维的氧化锌纳米线较之常规宏观材料有更大的压电效应。同时，制备态的氧化锌纳米线是n型半导体，具有导电性。如果将有正负电荷积累的纳米线两端通过电级连成ー个回路，那么回路中就可以有电流流动，收获电能。氧化锌纳米线的压电效应及半导体性质使之在发电方面的应用成为可能。根据上面的分析，ZnO纳米线的变形能够产生电压(压电效应)，变形的过程产生正负电荷；将正负电荷连成ー个回路可以产生电能(半导体性质)。ZnO纳米线的一次变形可以产生ー个瞬间的电信号，如果要能够达到发电的目的，必须能够产生持续而恒定的电流。如果成千上万的纳米线不停的发生形变，然后还原，那么必将不断处于充电/放电的循环过程中，得到恒定的直流电信号，满足对外电能供给的需求。现代社会，随着电脑、手机及其他手持电子设备的普及，成千上万的人每天都在敲击或按压键盘。如果能利用人们敲击键盘时的能量，使其转换为电能，就能收集和节约很大一部分无形损失的机械能，从而有效的利用能源。而有科学家提出的键盘发电设想，利用的是钛铬酸盐类具有钙钛矿型结构的压电薄膜。与此相比，氧化锌同时具有压电效应和半导体效应，能够在按压或敲击同时产生电流并通过器件与外电路形成的回路而将电流输出，另ー方面，由于ZnO纳米线的小尺寸，更容易发生变形，因此，在本专利中我们提出将氧化锌纳米线生长到键盘上，利用ZnO纳米线在敲击或按压时的变形产生电能。
发明内容本实用新型的目的在于充分搜集人体或环境中的能源如机械能，利用氧化锌纳米线的压电效应，将日常生活中消耗掉的机械能转换为电能，从而为电器设备如电脑的提供电能，起到节能环保的作用。为了达到上述目的，本实用新型提供了一种能够对外发电键盘，利用人在上网、打字时对键帽的按压，使氧化锌纳米线产生变形，从而产生压电效应，进而利用氧化锌纳米线的压电效应产生电能，发电，实现将人体平时的浪费掉的机械能转换为电能。本实用新型的技术方案ー种能够发电键盘，包括键盘内部的弹性键帽，还包括设在键盘内部的弹性键帽表面的压电层及每相邻两个弹性键帽表面的压电层之间连接的导线；所述的设在键盘内部的弾性键帽表面的压电层包含氧化锌纳米线，以及上、下金属电极；其中氧化锌纳米线置于上、下金属电极之间，上金属电极与氧化锌纳米线末端相连；下金属电极与氧化锌纳米线的另外一端相连；下金属电极与键盘内部的弹性键帽的上表面接触；所述的氧化锌纳米线为垂直于衬底排列的氧化锌纳米线阵列； 所述的上、下金属电极为Au、Pt或IT0;每相邻两个弹性键帽表面的压电层之间连接的导线为Au金属导线，该Au金属导线在左右相邻的弹性键帽的压电层之间是首尾相连，即该Au金属导线一端与ー个弹性键帽表面的压电层的上金属电极相连，Au金属导线的另一端与相邻的弹性键帽表面的压电层的下金属电极相连，即呈“之”字形排布。上述的ー种能够发电键盘，适用于台式电脑的键盘；笔记本电脑的键盘或手机的键盘。当其中键帽表面的氧化锌纳米线通过人的手指等的按压或其他压力，产生机械变形，从而产生电信号，最终将附着在上面的机械能转换为电能。本实用新型巧妙的利用了氧化锌纳米线与键盘的结构来制备能自供电的键盘，借助于外界的按压等压カ将机械能转换为电能，充分利用了人体产生的无形中损耗掉的能量，起到了环保节能的作用。所述机械能是指人体各部分运动时或其他物体运动时产生的机械能。本实用新型有效利用了人体日常生活中的运动所产生的机械能，为电器向节能环保方向发展提供了很好的思路。手指对键盘的按压，使氧化锌纳米线发生变形，然后由氧化锌纳米线将机械能转变为电能。本实用新型的有益效果本实用新型的ー种能够发电键盘，由于利用了氧化锌纳米线与键帽的结构来制备可对外自供电的键盘，借助于人体各部分比如手指的运动使氧化锌纳米线能够将机械能转化为电能。且本实用新型的ー种能够发电键盘，是利用氧化锌纳米线的拉伸或者压缩变形来实现压电效应，这与以往借助于氧化锌纳米线弯曲变形来实现压电效应有很大不同，不仅压电效应更大，而且避免了复杂的电极加工エ艺(电极只能接触氧化锌侧面)。由于按压作用能使氧化锌纳米线沿c轴方向发生变形，可以获得最大的压电效应，因为氧化锌在c轴方向有最大的压电常数。另外，键盘在日常生活中无处不在，每天都有很多人在使用电脑敲击键盘，利用氧化锌纳米线的压电效应，使人们在使用键盘的过程中，同时产生电能，且可自供电，起到了环保节能的作用。
图la、键盘内部的弹性键帽表面的压电层结构示意图；[0025]图lb、每相邻的两个弹性键帽的压电层之间导线连接示意图；图2、氧化锌纳米线扫描电镜照片(侧视图)；图3、改变压力下键帽受到按压时所产生的电流输出信号；图4、恒定低频压カ下按压键帽产生的电流输出信号。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本实用新型进ー步阐述，但并不限制本实用新型。实施例I ー种能够发电键盘，包括键盘内部的弾性键帽，键盘内部的弾性键帽表面的压电层及每相邻两个弾性键帽表面的压电层之间连接的导线；所述的键盘内部的弾性键帽表面的压电层包含氧化锌纳米线、上、下电极其结构示意图如图Ia所示，图中I为键盘内部的弹性键帽、2为下金属电极、3为上金属电极、4为氧化锌纳米线；其中氧化锌纳米线4置于上金属电极3和下金属电极2之间，上金属电极3与氧化锌纳米线4末端相连；下金属电极2与氧化锌纳米线4的另外一端相连，下金属电极2与键盘内部的弾性键帽I的上表面接触；每相邻的两个弹性键帽的压电层之间通过Au金属导线连接，其连接示意图如图Ib所示。图中的5为Au金属导线，即在左右相邻的弹性键帽表面的压电层之间是首尾相连，即Au金属导线的一端与一个键盘内部的弾性键帽表面的压电层的上金属电极相连，Au金属导线的另一端则与相邻的键盘内部的弾性键帽表面的压电层的下金属电极相连。图2为本实用新型ー种能够发电键盘所用的氧化锌纳米线的侧视图扫描电镜照片，从图2中可以看出成千上万根ZnO纳米线具有类似的直径和长度，垂直于键帽衬底材料排列。为测试键盘上的键帽产生的电效应，将制备好的键帽组装在键盘中，用手敲击，SP可产生电信号。在改变压力下键帽受到按压时所产生的电流输出信号用Keithley 4200半导体參数分析仪进行測量，结果如图3所示。从图3中可以看出根据压カ的不同，单次敲击所产生的电信号不同，按压カ越大，产生的电信号越強。在恒定低频压カ下按压键帽产生的电流输出信号用Keithley 4200半导体參数分析仪进行測量，结果如图4所示。从图4中可以看出在恒定的低频压カ下，器件能产生幅度大小恒定的电信号，电流信号大小在40 nA左右。综上所述，将具有压电效应的ZnO纳米线生长在键盘内部的弾性键帽表面上，可以实现键盘敲击时机械能到电能的转换。如果用电容器将此电能收集并储存，将有望能够实现键盘的自供电，这为手持式电子设备的解决了供电的问题，同时也实现了能源的节省。上述通过实施例虽然对本实用新型作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本实用新型设计思路的简单文字描述，而不是对本实用新型设计思路的限制，任何不超出本实用新型设计思路的组合、増加或修改，均落入本实用新型的保护范围内。
权利要求1.ー种能够发电键盘，包括键盘内部的弾性键帽，其特征在于还包括设在键盘内部的弾性键帽表面的压电层及每相邻两个弹性键帽表面的压电层之间连接的导线； 所述的设在键盘内部的弾性键帽表面的压电层包含氧化锌纳米线，以及上、下金属电极； 其中氧化锌纳米线置于上、下金属电极之间，上金属电极与氧化锌纳米线末端相连；下金属电极与氧化锌纳米线的另外一端相连； 下金属电极与键盘内部的弾性键帽的上表面接触； 所述的氧化锌纳米线为垂直于衬底排列的氧化锌纳米线阵列； 所述的上、下金属电极为Au、Pt或ITO ； 每相邻两个弹性键帽表面的压电层之间连接的导线为Au金属导线，该Au金属导线在左右相邻的弹性键帽的压电层之间是首尾相连，即该Au金属导线一端与一个弹性键帽表面的压电层的上金属电极相连，Au金属导线的另一端与相邻的弹性键帽表面的压电层的下金属电极相连。
2.如权利要求I所述的ー种能够发电键盘，其特征在于相邻两个弹性键帽表面的压电层之间连接的导线呈“之”字形排布。
专利摘要本实用新型公开了一种能够发电的键盘,包括键盘内部的弹性键帽，其特征在于还包括设在键盘内部的弹性键帽表面的压电层及压电层与压电层之间连接的导线；所述的弹性键帽表面的压电层包含氧化锌纳米线，以及上、下金属电极，其中氧化锌纳米线置于上、下金属电极之间，下金属电极与键盘内部的弹性键帽的上表面接触。当键帽表面的氧化锌纳米线通过人的手指等的按压或其他压力，产生机械变形，从而产生电信号，最终将作用在上面的机械能转换为电能。本实用新型巧妙的利用了氧化锌纳米线与键盘的结构来制备能发电的键盘，借助于外界的按压等压力，充分利用了人体产生的无形中损耗掉的能量，起到了环保节能的作用。
文档编号G06F3/02GK202404536SQ201220005288
公开日2012年8月29日 申请日期2012年1月9日 优先权日2012年1月9日
发明者王现英, 谢澍梵, 郑学军 申请人:上海理工大学