[发明专利]一种基于激光面减薄的阶梯式压电能量采集器及制备方法

权利要求书

1.一种基于激光面减薄的阶梯式压电能量采集器，包括悬臂梁，以及设于悬臂梁两端的固定装置与质量块(4)，其特征在于，所述的悬臂梁包括自上而下依次设置的压电层(1)、粘结层(3)以及金属衬底层(2)，并且沿指向质量块(4)的悬臂梁长度方向，所述的压电层(1)与金属衬底层(2)的厚度均呈阶梯状逐渐减小。

2.根据权利要求1所述的一种基于激光面减薄的阶梯式压电能量采集器，其特征在于，所述的压电层(1)与金属衬底层(2)上的阶梯状结构关于粘结层(3)对称设置。

3.根据权利要求2所述的一种基于激光面减薄的阶梯式压电能量采集器，其特征在于，所述的压电层(1)上的阶梯状结构包括厚度依次减小的第一压电阶梯层(101)、第二压电阶梯层(102)以及第三压电阶梯层(103)，所述的第三压电阶梯层(103)与质量块(4)相连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于激光面减薄的阶梯式压电能量采集器，其特征在于，所述的第一压电阶梯层(101)、第二压电阶梯层(102)以及第三压电阶梯层(103)之间的厚度比为(2.8-3.2):(1.8-2.2):1；所述的第一压电阶梯层(101)长度、第二压电阶梯层(102)长度以及第二压电阶梯层(102)至质量块(4)间距之比为1:(0.9-1.1):(0.9-1.1)。

5.根据权利要求1所述的一种基于激光面减薄的阶梯式压电能量采集器，其特征在于，所述的压电层(1)的厚度为100-500μm，所述的金属衬底层(2)的厚度为100-1000μm，所述的粘结层(3)的厚度为4-6μm。

6.根据权利要求1所述的一种基于激光面减薄的阶梯式压电能量采集器，其特征在于，所述的金属衬底层(2)一端伸出于压电层(1)外，并作为金属夹持段与固定装置相连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于激光面减薄的阶梯式压电能量采集器，其特征在于，所述的粘结层(3)材料包括导电银胶或环氧树脂导电胶；所述的金属衬底层(2)材料包括铍青铜、磷青铜或不锈钢；所述的压电层(1)包括PZT压电层。

8.如权利要求1至7任一项所述的一种基于激光面减薄的阶梯式压电能量采集器的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：

S1：分别在压电基材(11)下侧与金属基板(21)上侧丝网印刷粘结材料，相互夹紧后，置于真空烘箱中进行热压键合，得到自上而下依次设置的压电基层(12)、粘结层(3)以及金属基层(22)，即悬臂梁坯料；

S2：采用激光设备对压电基层(12)及金属基层(22)表面进行阶梯式面烧蚀工艺，以分别形成相应的阶梯状结构，并得到压电层(1)与金属衬底层(2)；

S3：在压电层(1)上表面与金属衬底层(2)下表面分别粘结引线(5)与质量块(4)，再与固定装置相连接，即得到所述的阶梯式压电能量采集器。

9.根据权利要求8所述的一种基于激光面减薄的阶梯式压电能量采集器的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述的热压键合中，夹紧压力为0.1-1MPa，热压温度为50-200℃，热压时间为4-6h，真空度为60-90％。

10.根据权利要求8所述的一种基于激光面减薄的阶梯式压电能量采集器的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述的阶梯式面烧蚀工艺包括以下步骤：

S2-1：固定悬臂梁坯料，并使压电基层(12)位于上侧，之后重复激光扫描压电基层(12)表面以进行烧蚀减薄，直至形成第一阶梯，随后调整激光扫描位置，采用相同的方法依次形成其他阶梯，并得到具有阶梯状结构的压电层(1)；

S2-2：采用同步骤S2-1的方法处理金属基层(22)，得到具有阶梯状结构的金属衬底层(2)。

其中，所述的激光扫描中，激光输出功率为5-20W，扫描速度为20-500mm/s，每次扫描后，压电基层(12)烧蚀减厚10-40μm，金属基层(22)烧蚀减厚5-30μm。