CN105336757A - 基于有机二极管的柔性微波能量转换器 - Google Patents

基于有机二极管的柔性微波能量转换器 Download PDF

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Abstract

本发明提供的基于有机二极管的柔性微波能量转换器，其原理如图1所示，包括正电极(101)、负电极(102)、有机二极管(2)、电容(3)和电阻(4)，正电极(101)和负电极(102)具有天线的功能将空间环境中的微波信号进行收集并给电容(3)进行充电。

Description

基于有机二极管的柔性微波能量转换器
【技术领域】
本发明属于有机电子器件领域，特别涉及一种可将微波信号转换为电能的能量转换器。
【背景技术】
微波能量转换的装置应用范围十分广泛，例如器件的远程供电、对微波信号的传感检测、非接触式身份验证等，其中器件的远程供电在各个领域中都具有很大的应用价值，1964年，第一架微波能量驱动直升机研制成功，它可以持续飞行长达十小时，然而现在市面上所广泛应用的微波能量转换器体型大，柔韧性差等特点限制了它的发展和应用。
由于可穿戴技术的兴起，穿戴设备的供电问题急需解决，现目前所用的太阳能供电受到发电效率低，天气等因素限制；柔性微波能量转换器作为薄膜形态，具有厚度薄、重量轻、可弯曲、面积可随需要改变等优势，本发明提供的基于有机二极管的柔性微波能量转换器可贴置在任意物品表面，不受形态限制，同时制造工艺简单、可大面积生产等特点必然成为未来柔性器件的发展方向；本发明所采用柔性薄膜材料制作的能量转换器对柔性器件的发展具有重要的意义。
【发明内容】
本发明的目的是提供基于有机二极管的柔性微波能量转换器。
本发明提供的基于有机二极管的柔性微波能量转换器，其原理如图1所示，包括正电极(101)、负电极(102)、有机二极管(2)、电容(3)和电阻(4)，正电极(101)和负电极(102)具有天线的功能将空间环境中的微波信号进行收集并给电容(3)进行充电。
图2、图3、图4分别为该柔性微波能量转换器实际器件结构的俯视图、横向切面图和纵向切面图，由图可知该柔性微波能量转换器整体制作在有机衬底(1)上，有机二极管(2)、电容(3)、电阻(4)并列排布；有机二极管(2)是由正电极(101)、阳极层(201)、阴极层(202)和负电极(102)叠加组成；电容(3)是由正电极(101)、介质层(301)和负电极(102)叠加组成；电阻(4)是由正电极(101)、有机电阻层(401)和负电极(102)叠加组成；七个绝缘层(501)、(502)、(503)(504)、(505)、(506)、(507)用于对各个部分之间的隔离，其中第一绝缘层(501)、第二绝缘层(502)、第三绝缘层(503)、第六绝缘层(506)分别包裹于有机二极管(2)、电容(3)、电阻(4)的四周，有机二极管(2)和电容(3)之间隔有第四绝缘层(504)，电容(3)和电阻(4)之间隔有第五绝缘层(505)，第七绝缘层(507)整体包裹于有机二极管(2)、电容(3)和电阻(4)上方；正电极(101)和负电极(102)是有机二极管(2)、电容(3)和电阻(4)共用的电极，分别分布于有机二极管(2)、电容(3)和电阻(4)的上下两侧，并延伸出包裹在有机二极管(2)、电容(3)和电阻(4)的第七绝缘层(507)之外，其中正电极(101)和负电极(102)是通过导电油墨印刷制成，在第七绝缘层(507)之内作为有机二极管(2)、电容(3)和电阻(4)的正负电极，延生出第七绝缘层(507)之外的暴露在外部环境中，用于接收微信号。
构成本发明提供的基于有机二极管的柔性微波能量转换器的材料为：
构成有机衬底(1)的材料为苯二甲酸乙二酯(PET)或聚酰亚胺(PI)；
构成正电极(101)和负电极(102)的材料为导电油墨；
构成阳极层(201)的材料包括并五苯、聚(3-己基噻吩-2，5-二基)P3HT、DNTT中的一种或多种；
构成阴极层(202)的材料包括C60、二氯酞菁锡、N，N′-二辛基-3，4，9，10-苝二甲酰亚胺(PTCDI-C8)中的一种或多种；
构成介质层(301)的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯醇(PVA)、聚酰亚胺(PI)、苯并环丁烯(BCB)、聚乙烯苯酚(PVP)、聚苯乙烯(PS)、聚四氟乙烯(PTFE)中的一种或多种。
本发明的技术分析：
该基于有机二极管的柔性微波能量转换器采用导电油墨制作的微波接收天线可用于接收周围环境的微波信号，将其能量转换为电能储存在电容中；其衬底、电容、电阻和有机二极管均采用有机材料制备而成，具有厚度薄、重量轻、可弯曲、面积可随需要改变等优势，由于其形状可做成任意面积可弯曲状，可贴附于许多物体表面，具有很强的灵活性；该器件具有简单的工艺制作方法，可大面积快速生产，成本低；该能量转换器可应用于器件的远程供电、对微波信号的传感检测、非接触式身份验证等，例如无人机的供电、微型机器人的供电、门禁卡的身份识别等，具有广泛的应用价值。
【附图说明】
图1为本发明提供的基于有机二极管的柔性微波能量转换器的原理图，图2为本发明提供的基于有机二极管的柔性微波能量转换器的俯视图，图3为本发明提供的基于有机二极管的柔性微波能量转换器的横向切面图，图4为本发明提供的基于有机二极管的柔性微波能量转换器的纵向切面图。
图中，1为衬底、2为有机二极管、3为电容、4为电阻、101为正电极、102为负电极、201为阳极层、202为阴极层、301为介质层、401为有机电阻层、501为第一绝缘层、502为第二绝缘层、503为第三绝缘层、504为第四绝缘层、505为第五绝缘层、506为第六绝缘层、507为第七绝缘层。
【具体实施方式】
为使本发明的内容更加容易理解，以下结合附图和具体实施方式作进一步描述。
如图1所示，本发明基于有机二极管的柔性微波能量转换器包括：正电极(101)、负电极(102)、有机二极管(2)、电容(3)和电阻(4)，正电极(101)和负电极(102)具有天线的功能将空间环境中的微波信号进行收集并给电容(3)进行充电。
由图2可知，有机二极管(2)、电容(3)、电阻(4)并列排布，其中第一绝缘层(501)、第二绝缘层(502)、第三绝缘层(503)、第六绝缘层(506)分别包裹于有机二极管(2)、电容(3)、电阻(4)的四周，有机二极管(2)和电容(3)之间隔有第四绝缘层(504)，电容(3)和电阻(4)之间隔有第五绝缘层(505)。
制造上述基于有机二极管的柔性微波能量转换器的方法，包括以下步骤：
1.如图3、图4所示，在衬底上通过印刷的方式印刷一层正电极(101)，正电极(101)并未完全覆盖衬底；
2.通过光刻的方式在正电极(101)上制作阳极层(201)、阴极层(202)、介质层(301)、有机电阻层(401)、第一绝缘层(501)、第二绝缘层(502)、第三绝缘层(503)、第四绝缘层(504)、第五绝缘层(505)、第六绝缘层(506)；
3.在上一步制成的结构上，再印刷一层负电极(102)，负电极只覆盖上一步所述的结构层，并未连接到正电极(101)，并由上述结构将正电极(101)和负电极(102)纵向隔开；
4.在上一步制成的结构上，制作第七绝缘层(507)，第七绝缘层(507)将有机二极管(2)、电容(3)、电阻(4)覆盖，暴露出部分正电极(101)和负电极(102)，用于接收周边环境中的微波信号。

Claims (9)

1.基于有机二极管的柔性微波能量转换器，其特征在于，包括柔性衬底(1)、第一天线臂(201)、第二天线臂(202)、导线(203)、P型层(301)、N型层(302)、贴片电阻(4)、贴片电容(5)和绝缘层(6)；其中：
P型层(301)和N型层(302)并列排布，第一天线臂(201)和第二天线臂(202)分别位于P型层(301)和N型层(302)两侧；
贴片电阻(4)和贴片电容(5)位于柔性衬底(1)之上，通过导线(203)与第一天线臂(201)和第二天线臂(202)相连接。
绝缘层(6)覆盖于P型层(301)、N型层(302)、第一天线臂(201)和第二天线臂(202)之上，且第一天线臂(201)和第二天线臂(202)延伸出绝缘层(6)。
2.根据权利要求1所述的基于有机二极管的柔性微波能量转换器，其特征在于，有机二极管(2)、电容(3)、电阻(4)并列排布。
3.根据权利要求1所述的基于有机二极管的柔性微波能量转换器，其特征在于，有机二极管(2)和电容(3)之间隔有第四绝缘层(504)，电容(3)和电阻(4)之间隔有第五绝缘层(505)。
4.根据权利要求1所述的基于有机二极管的柔性微波能量转换器，其特征在于，第一绝缘层(501)、第二绝缘层(502)、第三绝缘层(503)、第六绝缘层(506)分别包裹于有机二极管(2)、电容(3)、电阻(4)的四周。
5.根据权利要求1所述的基于有机二极管的柔性微波能量转换器，其特征在于，构成有机衬底(1)的材料为苯二甲酸乙二酯(PET)或聚酰亚胺(P1)。
6.根据权利要求1所述的基于有机二极管的柔性微波能量转换器，其特征在于，构成正电极(101)和负电极(102)的材料为导电油墨。
7.根据权利要求1所述的基于有机二极管的柔性微波能量转换器，其特征在于，构成阳极层(201)的材料包括并五苯、聚(3-己基噻吩-2，5-二基)P3HT、DNTT中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的基于有机二极管的柔性微波能量转换器，其特征在于，构成阴极层(202)的材料包括C60、二氯酞菁锡、N，N′-二辛基-3，4，9，10-苝二甲酰亚胺(PTCDI-C8)中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的基于有机二极管的柔性微波能量转换器，其特征在于，构成介质层(301)的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯醇(PVA)、聚酰亚胺(PI)、苯并环丁烯(BCB)、聚乙烯苯酚(PVP)、聚苯乙烯(PS)、聚四氟乙烯(PTFE)中的一种或多种。
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