專利名稱:量子電池及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及量子電動力學應用技術，屬于一種量子器件，特制一種量子電池及其制備方法。
背景技術：
隨著地球上不可再生能源越來越少，世界各國都在研究開發(fā)新的替代能源。目前研究的比較多的主要是利用化學能轉換成電能的燃料電池和普通的如鋰電池，鎳—氫電池，鎳—鎘電池等，這些電池在使用壽命結束后帶來的二次處理的問題，處理不當會給環(huán)境造成很大污染。量子電動力學表明，在量子真空中存在一種叫做零點能的能量，通過改變該能量的邊界條件，同時設置相應的裝置，可以對零點能進行提取。朱國華等人申請的專利利用真空“零點能”實現驅動的量子微型開關，利用真空“零點能”實現驅動的量子微型推進器，都是對零點能轉換成機械能的應用，這里提出的量子電池是提取零點能轉換成電能的一個裝置。它利用量子真空能轉化為電能，工作過程中不涉及化學反應，可以有效解決污染問題。運用這種電池只要內部的振蕩金屬簧片選擇高疲勞強度的材料，理論上的壽命可以無限長；它的制造成本較低，使用攜帶方便，無需配套設施；在使用過程中以及后期處理中不會對環(huán)境產生任何污染，屬于真正的環(huán)保電池；無需攜帶能源，只要利用量子真空能即可工作，因而可以用于長期工作且不便能量補充的工作環(huán)境。

發(fā)明內容為了解決燃料電池以及普通電池的存在的不足，本發(fā)明利用量子真空中存在的零點能，通過提取裝置將其轉換成電能，運用量子電池無需配備燃料電池中昂貴的催化劑(通常為鉑金)，無需攜帶燃料，裝配后一旦激發(fā)就可以源源不斷地向外輸送電量。量子電池在軍事上可以用于微型飛行器的能量供給、民用上可以作為移動通訊設備的電源。
量子電池，由表面刻有矩形腔的金塊、鍍有壓電薄膜材料的金屬簧片以及鍵合導線，封裝外殼組成，矩形腔的尺寸范圍為長度100～300μm，寬度50～120nm，深度500～1500nm，矩形腔上方粘有鍍有壓電薄膜材料的金屬簧片，鍵合導線與鍍有壓電薄膜材料的金屬簧片連接，封裝外殼用高分子聚合物包裹而成，外殼上有正負極導線引出點。
上述量子電池的制備方法利用光刻技術或者等離子體濺射技術在金塊的表面刻出矩形腔，矩形腔的個數根據輸出電壓大小決定，至少在1000個以上，每個矩形腔的尺寸范圍為長度100～300μm，寬度50～120nm，深度500～1500nm，然后在矩形腔上方貼上粘有壓電體材料薄膜的金屬簧片，最后將每個矩形腔產生的電壓進行電學串聯。
由于矩形腔內的Casimir力很小，單個矩形腔工作時產生的電壓很小，因此為了使量子電池提供的電壓能夠達到應用要求，必須在一個基體上運用MEMS技術及IC工藝加工出足夠數目的矩形腔，然后將每個矩形腔產生的電壓進行串聯，這樣通過金屬簧片的振蕩便可以向外輸出電壓，就可以向外輸出所需的電壓。
本發(fā)明無需攜帶能源，輸出穩(wěn)定，可以用于長期工作的電子設備；結構簡單，制造方便，矩形腔運用IC工藝進行加工，壓電薄膜采用蒸鍍的方式生成，經過裝配，封裝即可成為電源產品；成本低，無需像燃料電池那樣設置燃料補充網絡，性價比高，使用壽命長；是真正意義上的綠色產品，工作過程中運動部件少，噪音小，不排放任何有害物質。
圖1量子電池上的壓電體材料薄膜表面隨矩形腔尺寸變化的受力圖圖2量子電池工作原理圖圖1中F為壓電體材料薄膜在一個周期中所受的Casimir力，E是單個矩形腔內的真空能特性，L是矩形腔的深度，所選壓電體材料薄膜的壓電特性為線性。
1為貼有壓電體材料薄膜的金屬簧片，2為刻有矩形腔的金塊基體具體實施方式
在金表面根據設計要求利用等離子體濺射(FIB)刻出5000個尺寸為100μm×100nm×1μm(長×寬×深)的矩形腔，利用PCVD技術在金屬簧片上鍍上10nm厚的鈮鋰酸(NiLiO3)薄膜(壓電體材料薄膜)，由于鈮鋰酸的機電耦合系數較高，機械品質因素較低，因而可以產生較高的電壓。然后將銅金屬薄片貼在矩形腔上面，壓電體材料薄膜受到矩形腔內的引力作用而產生一個負的電動勢-V，同時金屬簧片向下彎曲，當薄膜表面達到a位置時，薄膜受的引力為0，對應于圖1中F曲線與橫軸的交點，此時薄膜的輸出電勢為0V，金屬簧片由于慣性繼續(xù)向下運動，薄膜進入斥力區(qū)，對應于圖1中坐標軸上(0，B)之間的范圍，在斥力區(qū)薄膜受到向上的斥力，此時壓電薄膜產生一個正的電動勢+V，在金屬簧片恢復力以及斥力作用下，金屬簧片的速度減小，最終變?yōu)?，此時電動勢達到最大值，然后向上做加速運動，越過a點后薄膜又進入引力區(qū)，對應于圖1中橫軸坐標大于B的區(qū)域，受到引力作用，產生負的電動勢，金屬簧片在恢復力和引力作用下做減速運動，當金屬簧片停止時所受的引力達到最大，此時輸出最大的負電動勢，然后在引力和回復力的作用下開始新的周期運動，從而產生周期變化的電動勢。
這種微電池可以提供給外部的微電子設備，如軍用傳感器，微型飛行器等。
權利要求
1.量子電池，其特征在于由表面刻有矩形腔的金塊(2)、鍍有壓電薄膜材料的金屬簧片(1)以及鍵合導線，封裝外殼組成，矩形腔的尺寸范圍為長度100～300μm，寬度50～120nm，深度500～1500nm，矩形腔上方粘有鍍有壓電薄膜材料的金屬簧片(1)，鍵合導線與鍍有壓電薄膜材料的金屬簧片(1)連接，封裝外殼用高分子聚合物包裹而成，外殼上有正負極導線引出點。
2.權利要求
1所述的量子電池的制備方法，其特征在于利用光刻技術或者等離子體濺射技術在金塊(2)的表面刻出矩形腔，矩形腔的個數根據輸出電壓大小決定，至少在1000個以上，每個矩形腔的尺寸范圍為長度100～300μm，寬度50～120nm，深度500～1500nm，然后在矩形腔上方貼上粘有壓電體材料薄膜的金屬簧片(1)，最后將每個矩形腔產生的電壓進行電學串聯。
專利摘要
量子電池及其制備方法，涉及量子電動力學應用技術。利用光刻技術或者等離子體濺射技術在金塊的表面刻出矩形腔，矩形腔的個數根據輸出電壓大小決定，至少在1000個以上，每個矩形腔的尺寸范圍為長度100～300μm，寬度50～120nm，深度500～1500nm，然后在矩形腔上方貼上粘有壓電體材料薄膜的金屬簧片，最后將每個矩形腔產生的電壓進行電學串聯，并用高分子聚合物進行外殼封裝，外殼上有正負極導線引出點。本發(fā)明無需攜帶能源，輸出穩(wěn)定，可以用于長期工作的電子設備；結構簡單，制造方便。
文檔編號H01L41/22GK1996632SQ200610098322
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月11日
發(fā)明者丁建寧 申請人:江蘇大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan