近年来,随着微机电系统技术(MEMS)和精密加工制造技术的不断发展,微型化、便携式的微电子器件及系统得到了越来越广泛的应用。现阶段主要采用化学电池供电,然而化学电池的体积较大、寿命较短、需要定期充电或更换、代价高昂且容易造成环境污染,因而限制了某些微电子产品在实际中的应用。环境中广泛存在着机械振动能这种清洁能源,可通过能量收集技术将其源源不断地转化为所需的电能。本文将微流体技术应用到静电式能量收集方法中,提出了三种基于微液桥的振动式能量收集器以实现对低频低振幅机械振动能的电能转换。对于采用微流体技术而构成的能量收集器,液体媒质直接影响着能量收集器的性能。截至目前,己报道的微流体能量收集器多采用水或液态金属汞作为液体媒质,但水容易挥发、热稳定性差、液态范围窄,而汞的毒性较大,因而需要找到一种合适的液体材料。离子液体作为一种新型的软功能材料,具有不挥发、热稳定性好、液态范围宽、可导电、电化学性质稳定及绿色环保等诸多优点。本文将离子液体应用于三种微流体能量收集器中,发现采用离子液体的能量收集器可在非密封的自然环境条件下连续正常地工作,还可以适应很宽的工作温度范围,尤其在高温极端条件下具有更优异的性能。本文提出的第一种微流体能量收集器是基于双电层的微离子液体桥振动式能量收集器。该微流体能量收集器由两平板电极以及电极间的微离子液体桥组成,其中上平板电极表面涂覆有疏水的绝缘薄膜。在外部振动驱动下微离子液体桥被周期性地挤压,存在于两液—固接触面处的双电层电容器以不同的相位出现连续地充电和放电过程从而输出交变电流。通过建立等效电路模型,理论推导了在正弦振动驱动下能量收集器的输出电压方程。利用理论模型讨论了上液—固接触面处的电荷密度、下接触面积、上电极表面绝缘层的厚度及介电常数与能量收集器电输出间的关系。实验研究了外部振动源的振动模式、振幅、频率、离子液体种类、工作温度、离子液体含水量、工作时间和负载电阻对输出功率的影响规律。研究结果表明,在一定范围内能量收集器的输出有效功率随振幅的增加而增大,而随着频率的增加输出有效功率先增大后趋于稳定或出现缓慢的减小。在相同条件下短烷基链和低粘度的咪唑类离子液体可输出更大的电功率。并且升高温度将增大输出功率。获得了决定输出功率大小的两个最主要的因素,即上接触面处双电层电容器的电容变化量和电荷密度,为进一步的优化指明了方向。第二种是基于驻极体的微离子液体桥振动式能量收集器。其也是由两平板电极以及电极间的微离子液体桥组成。与第一种的不同之处在于其上平板电极表面涂覆的是驻极体薄层,并且微离子液体桥充当的是导电电极的作用。在驻极体提供偏置电压的条件下,通过周期性地压缩微离子液体桥所导致的上接触面积变化使得能量收集器中的可变电容器发生周期性地充放电过程从而输出电功率。基于建立的等效电路模型推导了该能量收集器的电输出方程。通过实验和理论研究揭示了外部振动源的振动模式、振幅、频率、离子液体种类、负载电阻、驻极体参数、待充电绝缘层厚度和工作温度等对电输出的影响规律。即,在振动过程中上接触面积变化幅度大的离子液体可输出更高的电功率。输出电能随驻极体表面电荷密度(表面势)的增加而增大。得到了液—固上接触面积的变化幅度和驻极体层的表面电荷密度(表面势)是决定电输出大小的两个最重要的参数。截至目前,相比于第一种微流体能量收集器,其输出功率提高了99倍多。通过将基于微液桥的振动式能量收集器与质量块一弹簧振动系统相结合提出了第三种微流体能量收集器,即惯性微液桥振动式能量收集器。该能量收集器结构简单、安装方便,并且可通过共振现象放大外部振动源的振幅从而提高输出功率。理论上研究了能量收集器的固有共振频率与其结构参数间的关系,,并调节相关参数使固有共振频率移动至低频范围内。根据得到的结构参数制作了原型器件并实验测量了其固有共振频率,发现与理论预测的基本一致。通过实验揭示了外部振动源的频率和振幅、负载电阻及运行时间对电能输出的影响规律。研究发现,当外部振动源的频率接近能量收集器的固有共振频率时输出功率将达到最大值。利用二极管整流桥对双极性的脉冲电输出进行整流并存储至一电容器中,最终点亮了一红色LED。综合上述研究结果可知,本文提出的微流体振动式能量收集器可以有效地收集低频低幅度的机械振动能,弥补了现存的大多数能量收集器只能在高频且较大幅度振动条件下达到较高能量收集效率这一不足。通过采用离子液体作为液体媒质,使得微流体能量收集器可持续正常地工作在非密闭和温度变化剧烈的环境中,尤其是可以承受高温极端环境,较大程度上扩展了其应用范围。本文所提出的微流体能量收集器对于振动式能量收集领域具有重要的应用价值。