本發(fā)明涉及發(fā)電電源以及能量回收領(lǐng)域，尤其涉及振動能量回收以及柔性發(fā)電電源，主要涉及一種集成式柔性發(fā)電薄膜。

背景技術(shù)：
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隨著無線技術(shù)及微機(jī)電技術(shù)的日益發(fā)展，小尺寸、低能耗的微電子設(shè)備的研發(fā)取得了巨大進(jìn)展，以半導(dǎo)體為主要材料的芯片實(shí)現(xiàn)了微型化和低功耗，而以化學(xué)電池為主的供能方式由于化學(xué)電池尺寸大、壽命有限和需要更換等缺點(diǎn)的弊端日漸顯露?；瘜W(xué)電池為主的供能方式在一些微電子產(chǎn)品中的應(yīng)用受到了限制，這些產(chǎn)品跟換電池會產(chǎn)生很大的成本，在一些應(yīng)用情況下甚至無法跟換電池，這種缺陷將表現(xiàn)得更加明顯。盡管可以運(yùn)用微機(jī)電系統(tǒng)工藝研制了相應(yīng)的微能源器件，比如微太陽能電池、微鋰電池及燃料電池等，但受天氣、應(yīng)用場合以及自身的能量密度較低等情況所限，并不能解決能量自供給的難題。

另一方面，振動作為自然界常見的現(xiàn)象，由于其幾乎無處不在且具有較高的能量密度，通過收集振動產(chǎn)生的能量并轉(zhuǎn)換為可用電能可以實(shí)現(xiàn)小尺寸、低能耗的微電子設(shè)備和以半導(dǎo)體為主要材料的微型芯片的自供電。通過具有壓電效應(yīng)的材料可以將振動產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換為電能，壓電振動能量收集裝置以其結(jié)構(gòu)簡單、清潔環(huán)保及易于微型化等諸多優(yōu)點(diǎn)而得到了極大重視。

傳統(tǒng)的壓電能量收集裝置都是硬性壓電能量收集裝置，其收集振動能量的壓電材料采用壓電陶瓷材料，壓電陶瓷材料脆性大，在使用過程中不能承受較大的應(yīng)變且易碎，限制了壓電能量收集裝置的工作效率，降低了壓電能量收集裝置輸出的電能密度，如專利一種自發(fā)電手電筒（申請?zhí)枺?014203225939）利用壓電能量收集裝置收集手的揉捏激勵壓電材料振動和變形產(chǎn)生的電能。這種壓電能量收集裝置結(jié)構(gòu)簡單，但壓電能量收集裝置中的壓電材料采用壓電陶瓷材料，屬于硬性壓電能量收集裝置，能量收集的效率較低，產(chǎn)生的電能有限。傳統(tǒng)的硬性壓電能量收集裝置只適合收集單方向、頻率穩(wěn)定的外界激勵產(chǎn)生的振動能量。當(dāng)外界激勵的頻率發(fā)生較大范圍的變化或外界激勵的方向發(fā)生變化時，傳統(tǒng)的硬性壓電能量收集裝置的工作效率下降明顯，甚至無法輸出可用電能。近年來，我國己有人員改進(jìn)硬性壓電能量收集裝置結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)了如專利蒲公英狀多方向、寬頻帶壓電振動能量收集裝置（申請?zhí)枺?01010601354.3）為代表的寬頻帶壓電能量收集結(jié)構(gòu)以及多方向壓電能量收集裝置。但目前硬性壓電能量收集裝置普遍缺陷是壓電材料不能承受較大的應(yīng)變，能量收集效率和輸出電能密度較低。

現(xiàn)有的柔性壓電能量收集裝置的專利中，能量處理電路采用硬性PCB板材料制作，這種硬性PCB板材料由于自身脆性較大不能集成于柔性壓電能量收集裝置中，使能量收集裝置的集成性下降，造成能量收集裝置難以微型化與實(shí)用化，如專利一種柔性發(fā)電電源及其柔性顯示屏（申請?zhí)?201410234428.2），該專利中能量收集裝置使用的材料都是柔性材料，屬于柔性壓電能量收集裝置。該柔性能量收集裝置沒有集成能量處理電路，而是通過在柔性基板上外置充電電池，存儲工作過程中壓電材料產(chǎn)生的電能，降低了能量收集的效率，外置充電電池?zé)o法集成在柔性壓電能量收集裝置內(nèi)部，降低了該柔性壓電能量收集裝置的集成度，不利于該柔性壓電能量收集裝置的微型化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種集成式柔性發(fā)電薄膜，該柔性壓電能量收集裝置具有可卷曲、輕薄、可貼合運(yùn)動物體等優(yōu)點(diǎn)從而更有效地收集能源。改進(jìn)現(xiàn)有柔性壓電能量收集裝置的不足，將能量處理電路板由傳統(tǒng)硬質(zhì)PCB板更換為柔性電路板，并增加柔性電容作為儲能元件，使壓電能量收集裝置更易集成化與微型化，適合與新型的柔性電子器件相集成，并為其提供能源。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種集成式柔性發(fā)電薄膜，其特征在于：包括有上薄膜外層、下薄膜外層，所述上薄膜外層、下薄膜外層之間設(shè)有夾心層，所述夾心層為三層結(jié)構(gòu)，由沉積于所述下薄膜外層上的下電極，沉積于所述下電極上的中夾心層，以及沉積于所述中夾心層上的上電極組成，所述夾心層的一側(cè)設(shè)有一層柔性電路板和一層片狀柔性電容，所述柔性電路板和柔性電容與上薄膜外層和下薄膜外層彈性粘接并夾在上薄膜外層與下薄膜外層中間位置，所述夾心層上下表面的上電極與下電極通過導(dǎo)線與柔性電路板的輸入端相連，所述柔性電路板的輸出端通過導(dǎo)線與柔性電容相接。

所述的上薄膜外層和下薄膜外層采用柔性材料，所述柔性材料為高分子有機(jī)塑料或高分子有機(jī)硅化物。

所述的中夾心層采用柔性壓電材料為聚偏氟乙烯。

所述夾心層中的上電極由鎂、鋁和銀中的一種材料組成；所述夾心層中的下電極由鉛、銀、鋁和銅中的一種材料組成。

所述柔性電路板采用柔性高分子材料。

所述柔性電容采用柔性材料。

所述夾心層與上薄膜外層和下薄膜外層彈性粘接；所述夾心層處于上薄膜外層和下薄膜外層中間，所述薄膜外層完全包含夾心層或夾心層伸出薄膜外層。

所述柔性電路板與上薄膜外層和下薄膜外層彈性粘接；所述柔性電路板處上薄膜外層和下薄膜外層中間，所述薄膜外層完全包含柔性電路板或柔性電路板伸出薄膜外層。

所述柔性電容與上薄膜外層和下薄膜外層彈性粘接；所述柔性電容處于上薄膜外層和下薄膜外層中間，所述薄膜外層完全包含柔性電或柔性電容伸出薄膜外層。

所述夾心層、柔性電路板和柔性電容夾在上薄膜外層與下薄膜外層中間位置，所述夾心層、柔性電路板和柔性電容處于上薄膜外層和下薄膜外層中間，所述夾心層上表面、柔性電路板上表面和柔性電容上表面處于同一平面或處于不同平面。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

1.本發(fā)明屬于柔性壓電能量收集裝置，易與新型的柔性電子器件相集成，并為其提供能源。

2.本發(fā)明通過采用柔性壓電能量收集裝置設(shè)計(jì)改善了硬性壓電能量收集裝置的缺陷，利用柔性電路板和柔性電容改進(jìn)了現(xiàn)有柔性壓電能量收集裝置的不足，提高了柔性壓電能量收集裝置集成度和能量收集的效率。

3.該發(fā)明全部采用柔性材料制作，壓電能量收集裝置具有可卷曲、輕薄、便于貼合運(yùn)動物體。

4.該發(fā)明采用柔性電路板并將其埋入柔性壓電能量收集裝置中，提高了柔性壓電能量收集系統(tǒng)的可靠性和集成性。

5.該發(fā)明設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省空間，同時結(jié)構(gòu)簡單，可以廣泛應(yīng)用于機(jī)械結(jié)構(gòu)，建筑結(jié)構(gòu)等的振動能量收集。

附圖說明：

圖 1 為本發(fā)明集成式柔性發(fā)電薄膜其中一種結(jié)構(gòu)的主剖視圖。

圖2為本發(fā)明集成式柔性發(fā)電薄膜其中一種結(jié)構(gòu)的俯視圖。

在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中 ：

1為上薄膜外層，2為上電極，3為柔性電路板，4為中夾心層，5為下電極，6位柔性電容，7為下薄膜外層

具體實(shí)施方式：

參見附圖。

為了使本發(fā)明的目的、 技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。 應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

圖 1 是按照本發(fā)明集成式柔性發(fā)電薄膜的其中一種結(jié)構(gòu)的主剖視圖。如圖 1 中所示，按照本發(fā)明集成式柔性發(fā)電薄膜主要包括上薄膜外層1；上電極2；柔性電路板3；中夾心層4；下電極5；柔性電容6和下薄膜外層7。所述上薄膜外層1和下薄膜外層7為柔性薄膜（其材質(zhì)可直接取PDMS即聚二甲基硅氧烷）；所述上電極2由鎂、鋁和銀中的一種材料組成，所述下電極5由鉛、銀、鋁和銅中的一種材料組成；所述中夾心層4采用柔性壓電材料，柔性壓電材料可取聚偏氟乙烯；所述柔性電路板3材料采用銅箔；粘接劑和柔性絕緣基材；所述柔性電容6材料選用柔性材料。

所述夾心層、柔性電路板3和柔性電容6夾在上薄膜外層1與下薄膜外層2的中間位置，呈三明治結(jié)構(gòu)。所述夾心層與上薄膜外1和下薄膜外層2之間彈性粘接，所述上薄膜外層1與下薄膜外層2完全包含夾心層。所述柔性電路板3與上薄膜外層1和下薄膜外層2之間彈性粘接，所述上薄膜外層1與下薄膜外層2完全包含柔性電路板3。所述柔性電容6與上薄膜外層1和下薄膜外層2之間彈性粘接，所述上薄膜外層1與下薄膜外層2完全包含柔性電容6。所述夾心層上表面；柔性電路板3上表面和柔性電容6上表面處于同一平面內(nèi)。當(dāng)使用該集成式柔性發(fā)電薄膜時，所述上薄膜外層1與下薄膜外層2直接感受外界振動，將振動中包含的能量傳遞到所述夾心層。所述夾心層中的柔性壓電材料，用于將收集的振動能量轉(zhuǎn)換為電能，產(chǎn)生表面電荷。所述夾心層表面上電極2與下電極5通過導(dǎo)線將壓電材料表面電荷輸入到柔性電路板中處理并轉(zhuǎn)換成可用電能。所述柔性電路板的輸出端通過導(dǎo)線與柔性電容相接，將轉(zhuǎn)換的電能存儲在柔性電容中。

下面將具體描述按照本發(fā)明用于制造集成式柔性發(fā)電薄膜裝置的工藝流程。

首先，將選自柔性高分子材料的薄膜塊切割成所需尺寸以及形狀結(jié)構(gòu)，形成上下柔性薄膜。接著，將柔性壓電材料PVDF切割成所需尺寸的片狀結(jié)構(gòu)并通過磁控濺射、熱蒸鍍或者其他方法沉積形成上下電極，然后通過粘接銀膠等方法將適長的柔性導(dǎo)線粘貼在上下電極處并做引線處理。高溫烘干后根據(jù)所設(shè)計(jì)的能量處理電路制作柔性電路板和柔性電容，將引出的導(dǎo)線接入柔性電路板輸入端，柔性電路板的輸出端通過導(dǎo)線與柔性電容相接。最后，上下薄膜外層；夾心層；柔性電路板和柔性電容組裝處理。將夾心層；柔性電路板和柔性電容外側(cè)邊緣相接，由此完成了集成式柔性發(fā)電薄膜裝置的制造過程。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、 等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。