專利名稱：一種能夠發(fā)電的鍵盤的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及能量轉換鍵盤，具體涉及一種能夠將機械能轉換為電能的發(fā)電鍵盤。
背景技術：
隨著納米技術的發(fā)展，出現(xiàn)了越來越多的納米電子器件，這些納米電子器件在軍事、生物等領域都有廣泛的應用。而所有的納米電子器件都需要有一個微觀尺度的電源來供給能量，只有電源也微型化，才能實現(xiàn)真正的系統(tǒng)集成。因此，開發(fā)能夠發(fā)電、將環(huán)境中的能量轉換為電能的器件，對于納米電子器件的應用有重要的意義。沿C軸方向生長的SiO納米線具有非中心對稱結構，氧原子和鋅原子在各自的晶面形成四面體結構，并沿C軸方向堆積。如果納米線受到外界應力作用而產生拉伸、壓縮、彎曲等變形，正負離子的電荷中心將發(fā)生移動，產生宏觀電荷積累，從而產生電壓。氧化鋅材料在所有的四面體結構的半導體中，有最大的壓電常數(shù)，可以產生大的機電耦合。而研究資料表明，低維的氧化鋅納米線較之常規(guī)宏觀材料有更大的壓電效應。同時，制備態(tài)的氧化鋅納米線是η型半導體，具有導電性。如果將有正負電荷積累的納米線兩端通過電級連成一個回路，那么回路中就可以有電流流動，收獲電能。氧化鋅納米線的壓電效應及半導體性質使之在發(fā)電方面的應用成為可能。根據上面的分析，ZnO納米線的變形能夠產生電壓(壓電效應)，變形的過程產生正負電荷；將正負電荷連成一個回路可以產生電能(半導體性質)。ZnO納米線的一次變形可以產生一個瞬間的電信號，如果要能夠達到發(fā)電的目的，必須能夠產生持續(xù)而恒定的電流。如果成千上萬的納米線不停的發(fā)生形變，然后還原，那么必將不斷處于充電/放電的循環(huán)過程中，得到恒定的直流電信號，滿足對外電能供給的需求?，F(xiàn)代社會，隨著電腦、手機及其他手持電子設備的普及，成千上萬的人每天都在敲擊或按壓鍵盤。如果能利用人們敲擊鍵盤時的能量，使其轉換為電能，就能收集和節(jié)約很大一部分無形損失的機械能，從而有效的利用能源。而有科學家提出的鍵盤發(fā)電設想，利用的是鈦鉻酸鹽類具有鈣鈦礦型結構的壓電薄膜。與此相比，氧化鋅同時具有壓電效應和半導體效應，能夠在按壓或敲擊同時產生電流并通過器件與外電路形成的回路而將電流輸出， 另一方面，由于ZnO納米線的小尺寸，更容易發(fā)生變形，因此，在本專利中我們提出將氧化鋅納米線生長到鍵盤上，利用ZnO納米線在敲擊或按壓時的變形產生電能。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于充分搜集人體或環(huán)境中的能源如機械能，利用氧化鋅納米線的壓電效應，將日常生活中消耗掉的機械能轉換為電能，從而為電器設備如電腦的提供電能， 起到節(jié)能環(huán)保的作用。為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種能夠對外發(fā)電鍵盤，利用人在上網、打字時對鍵帽的按壓，使氧化鋅納米線產生變形，從而產生壓電效應，進而利用氧化鋅納米線的壓電效應產生電能，發(fā)電，實現(xiàn)將人體平時的浪費掉的機械能轉換為電能。
本發(fā)明的技術方案
一種能夠發(fā)電鍵盤，包括鍵盤內部的彈性鍵帽，還包括設在鍵盤內部的彈性鍵帽表面的壓電層及每相鄰兩個彈性鍵帽表面的壓電層之間連接的導線；
所述的設在鍵盤內部的彈性鍵帽表面的壓電層包含氧化鋅納米線，以及上、下金屬電
極；
其中氧化鋅納米線置于上、下金屬電極之間，上金屬電極與氧化鋅納米線末端相連；下金屬電極與氧化鋅納米線的另外一端相連；
下金屬電極與鍵盤內部的彈性鍵帽的上表面接觸； 所述的氧化鋅納米線為垂直于襯底排列的氧化鋅納米線陣列； 所述的上、下金屬電極為Au、Pt或ITO ；
每相鄰兩個彈性鍵帽表面的壓電層之間連接的導線為Au金屬導線，該Au金屬導線在左右相鄰的彈性鍵帽的壓電層之間是首尾相連，即該Au金屬導線一端與一個彈性鍵帽表面的壓電層的上金屬電極相連，Au金屬導線的另一端與相鄰的彈性鍵帽表面的壓電層的下金屬電極相連，即呈“之”字形排布。上述的一種能夠發(fā)電鍵盤，適用于臺式電腦的鍵盤；筆記本電腦的鍵盤或手機的鍵盤。當其中鍵帽表面的氧化鋅納米線通過人的手指等的按壓或其他壓力，產生機械變形， 從而產生電信號，最終將附著在上面的機械能轉換為電能。本發(fā)明巧妙的利用了氧化鋅納米線與鍵盤的結構來制備能自供電的鍵盤，借助于外界的按壓等壓力將機械能轉換為電能，充分利用了人體產生的無形中損耗掉的能量，起到了環(huán)保節(jié)能的作用。所述機械能是指人體各部分運動時或其他物體運動時產生的機械能。本發(fā)明有效利用了人體日常生活中的運動所產生的機械能，為電器向節(jié)能環(huán)保方向發(fā)展提供了很好的思路。手指對鍵盤的按壓，使氧化鋅納米線發(fā)生變形，然后由氧化鋅納米線將機械能轉變?yōu)殡娔?。本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明的一種能夠發(fā)電鍵盤，由于利用了氧化鋅納米線與鍵帽的結構來制備可對外自供電的鍵盤，借助于人體各部分比如手指的運動使氧化鋅納米線能夠將機械能轉化為電能。且本發(fā)明的一種能夠發(fā)電鍵盤，是利用氧化鋅納米線的拉伸或者壓縮變形來實現(xiàn)壓電效應，這與以往借助于氧化鋅納米線彎曲變形來實現(xiàn)壓電效應有很大不同，不僅壓電效應更大，而且避免了復雜的電極加工工藝(電極只能接觸氧化鋅側面)。由于按壓作用能使氧化鋅納米線沿c軸方向發(fā)生變形，可以獲得最大的壓電效應，因為氧化鋅在c軸方向有最大的壓電常數(shù)。另外，鍵盤在日常生活中無處不在，每天都有很多人在使用電腦敲擊鍵盤，利用氧化鋅納米線的壓電效應，使人們在使用鍵盤的過程中，同時產生電能，且可自供電，起到了環(huán)保節(jié)能的作用。


圖la、鍵盤內部的彈性鍵帽表面的壓電層結構示意圖； 圖lb、每相鄰的兩個彈性鍵帽的壓電層之間導線連接示意圖；圖2、氧化鋅納米線掃描電鏡照片(側視圖)； 圖3、改變壓力下鍵帽受到按壓時所產生的電流輸出信號； 圖4、恒定低頻壓力下按壓鍵帽產生的電流輸出信號。
具體實施例方式下面通過實施例并結合附圖對本發(fā)明進一步闡述，但并不限制本發(fā)明。實施例1
一種能夠發(fā)電鍵盤，包括鍵盤內部的彈性鍵帽，鍵盤內部的彈性鍵帽表面的壓電層及每相鄰兩個彈性鍵帽表面的壓電層之間連接的導線；
所述的鍵盤內部的彈性鍵帽表面的壓電層包含氧化鋅納米線、上、下電極其結構示意圖如圖Ia所示，圖中1為鍵盤內部的彈性鍵帽、2為下金屬電極、3為上金屬電極、4為氧化鋅納米線；
其中氧化鋅納米線4置于上金屬電極3和下金屬電極2之間，上金屬電極3與氧化鋅納米線4末端相連；下金屬電極2與氧化鋅納米線4的另外一端相連，下金屬電極2與鍵盤內部的彈性鍵帽1的上表面接觸；
每相鄰的兩個彈性鍵帽的壓電層之間通過Au金屬導線連接，其連接示意圖如圖Ib所示。圖中的5為Au金屬導線，即在左右相鄰的彈性鍵帽表面的壓電層之間是首尾相連，即 Au金屬導線的一端與一個鍵盤內部的彈性鍵帽表面的壓電層的上金屬電極相連，Au金屬導線的另一端則與相鄰的鍵盤內部的彈性鍵帽表面的壓電層的下金屬電極相連。圖2為本發(fā)明一種能夠發(fā)電鍵盤所用的氧化鋅納米線的側視圖掃描電鏡照片，從圖2中可以看出成千上萬根aio納米線具有類似的直徑和長度，垂直于鍵帽襯底材料排列。為測試鍵盤上的鍵帽產生的電效應，將制備好的鍵帽組裝在鍵盤中，用手敲擊，即可產生電信號。在改變壓力下鍵帽受到按壓時所產生的電流輸出信號用Keithley 4200半導體參數(shù)分析儀進行測量，結果如圖3所示。從圖3中可以看出根據壓力的不同，單次敲擊所產生的電信號不同，按壓力越大，產生的電信號越強。在恒定低頻壓力下按壓鍵帽產生的電流輸出信號用Keithley 4200半導體參數(shù)分析儀進行測量，結果如圖4所示。從圖4中可以看出在恒定的低頻壓力下，器件能產生幅度大小恒定的電信號，電流信號大小在40 nA左右。綜上所述，將具有壓電效應的ZnO納米線生長在鍵盤內部的彈性鍵帽表面上，可以實現(xiàn)鍵盤敲擊時機械能到電能的轉換。如果用電容器將此電能收集并儲存，將有望能夠實現(xiàn)鍵盤的自供電，這為手持式電子設備的解決了供電的問題，同時也實現(xiàn)了能源的節(jié)省。上述通過實施例雖然對本發(fā)明作了比較詳細的文字描述，但是這些文字描述，只是對本發(fā)明設計思路的簡單文字描述，而不是對本發(fā)明設計思路的限制，任何不超出本發(fā)明設計思路的組合、增加或修改，均落入本發(fā)明的保護范圍內。
權利要求
1.一種能夠發(fā)電鍵盤，包括鍵盤內部的彈性鍵帽，其特征在于還包括設在鍵盤內部的彈性鍵帽表面的壓電層及每相鄰兩個彈性鍵帽表面的壓電層之間連接的導線；所述的設在鍵盤內部的彈性鍵帽表面的壓電層包含氧化鋅納米線，以及上、下金屬電極；其中氧化鋅納米線置于上、下金屬電極之間，上金屬電極與氧化鋅納米線末端相連；下金屬電極與氧化鋅納米線的另外一端相連；下金屬電極與鍵盤內部的彈性鍵帽的上表面接觸； 所述的氧化鋅納米線為垂直于襯底排列的氧化鋅納米線陣列； 所述的上、下金屬電極為Au、Pt或ITO ；每相鄰兩個彈性鍵帽表面的壓電層之間連接的導線為Au金屬導線，該Au金屬導線在左右相鄰的彈性鍵帽的壓電層之間是首尾相連，即該Au金屬導線一端與一個彈性鍵帽表面的壓電層的上金屬電極相連，Au金屬導線的另一端與相鄰的彈性鍵帽表面的壓電層的下金屬電極相連。
2.如權利要求1所述的一種能夠發(fā)電鍵盤，其特征在于相鄰兩個彈性鍵帽表面的壓電層之間連接的導線呈“之”字形排布。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能夠的發(fā)電鍵盤，包括鍵盤內部的彈性鍵帽，其特征在于還包括設在鍵盤內部的彈性鍵帽表面的壓電層及每相鄰兩個彈性鍵帽表面的壓電層之間連接的導線；所述的彈性鍵帽表面的壓電層包含氧化鋅納米線，以及上、下金屬電極，其中氧化鋅納米線置于上、下金屬電極之間，下金屬電極與鍵盤內部的彈性鍵帽的上表面接觸。當鍵帽表面的氧化鋅納米線通過人的手指等的按壓或其他壓力，產生機械變形，從而產生電信號，最終將作用在上面的機械能轉換為電能。本發(fā)明巧妙的利用了氧化鋅納米線與鍵盤的結構來制備能發(fā)電的鍵盤，借助于外界的按壓等壓力，充分利用了人體產生的無形中損耗掉的能量，起到了環(huán)保節(jié)能的作用。
文檔編號G06F3/02GK102445992SQ201210003518
公開日2012年5月9日 申請日期2012年1月9日 優(yōu)先權日2012年1月9日
發(fā)明者王現(xiàn)英, 謝澍梵, 鄭學軍 申請人:上海理工大學