[发明专利]基于石墨烯用于获取微弱能量的柔性微结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种柔性微结构及其制造方法，具体涉及一种基于氧化锌纳米线和石墨烯薄膜构建的用于获取微弱能量的柔性微结构及其制造方法，属于微弱能量获取技术领域。

背景技术

随着微纳系统的发展，微纳系统的尺寸越来越小，将来限制整个系统大小的是电源而不是其他器件；将来实现全方位的监测所用到的微纳系统的数目和密度又相当之浩大，而且这些可移动系统的应用环境复杂多变，利用更换电池的方案以及传统的能量获取技术已经不能满足微纳系统的功能要求。因此，有了自驱动的概念，其根本是利用从环境中收集的能量，通过能量转换来驱动这些微纳系统，实现功率自给，从而解决微纳系统的供电问题，实现传感器的微型化和传感网络的广泛分布。而今自驱动的概念已经成为世界非常活跃的研究领域。

2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯。自此石墨烯被发现以来，国内外学者对其进行了广泛而深入的研究。制备石墨烯的新方法也层出不穷。基于石墨烯优异的电学、力学、热学等性能，对其进一步的应用研究也不断延伸。但石墨烯的制备工艺与IC工艺不是很兼容，限制了其应用。

2012年，沈阳材料科学国家（联合）实验室先进炭材料研究部发表了一种基于电化学气体插层的鼓泡无损转移方法，可以将石墨烯转移到任何基底上。石墨烯转移技术的实现进一步扩大了石墨烯的应用范围。

在石墨烯的应用研究报道中，未见将石墨烯电学力学性能结合起来进一步应用到微纳系统的相关研究文献报道。因此可以将石墨烯的优异电学和力学性能同时应用于微弱能量获取微结构中来提高器件性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于石墨烯用于获取微弱能量的柔性微结构及其制造方法，具体的，将石墨烯作为能量转换器的电极材料并作为承受外界载荷的结构材料、利用氧化锌纳米线作为功能材料的新型能量转换器结构，为了获取微弱的非电能量并能高效率转换为电能，可将多个能量转换核心结构进行串联或者并联形成叠加结构，来达到自驱动微纳系统的供电需求。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种基于石墨烯用于获取微弱能量的柔性微结构，其特征在于，前述柔性微结构为层结构，并且分为两部分，第一部分结构与第二部分结构固定到一起，其中，

第一部分结构的组成为：第一柔性衬底，形成于前述第一柔性衬底单侧的第一石墨烯层，生长于前述第一石墨烯层上的第一氧化锌纳米线层，前述第一石墨烯层上还形成有第一引出电极层，前述第一引出电极层包括：金层和铜线；

第二部分结构的组成为：第二柔性衬底，形成在前述第二柔性衬底单侧的第二石墨烯层，前述第二石墨烯层上还形成有第二引出电极层，前述第二引出电极层包括：金层和铜线；

前述第一柔性衬底与第二柔性衬底均位于最外层。

前述的柔性微结构，其特征在于，在第一部分结构中，前述第一氧化锌纳米线层上还形成有石墨烯/氧化锌纳米线层，前述石墨烯/氧化锌纳米线层的层数≥1。

前述的柔性微结构，其特征在于，氧化锌纳米线层中的氧化锌纳米线垂直生长在石墨烯层上。

前述的柔性微结构，其特征在于，前述第一柔性衬底和第二柔性衬底为PET、PI和PEN中的任意一种。

前述的柔性微结构，其特征在于，在第一引出电极层和第二引出电极层中，前述金层的厚度为50-100nm，前述铜线的直径为0.03mm。

制造基于石墨烯用于获取微弱能量的柔性微结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）在第一柔性衬底上转移第一石墨烯层；

（2）在第一石墨烯层的一端镀上金层，并在金层上引出输出导线，形成第一引出电极层；

（3）在第一石墨烯层上生长第一氧化锌纳米线层，获得氧化锌纳米线/石墨烯/柔性衬底；

（4）在第二柔性衬底上转移第二石墨烯层；

（5）在第二石墨烯层的一端镀上金层，并在金层上引出输出导线，形成第二引出电极层，获得石墨烯/柔性衬底；

（6）通过常温物理施压，将氧化锌纳米线/石墨烯/柔性衬底的氧化锌纳米线层与石墨烯/柔性衬底的石墨烯层相结合，并用胶带绑定及保护。

前述的制造柔性微结构的方法，其特征在于，在第一石墨烯层上生长第一氧化锌纳米线层的步骤为：

（1）在第一石墨烯层上制作氧化锌纳米线的种子层；