随着微机械加工、微电子以及无线传感等技术迅速发展,无线传感网络(WSN)已广泛地应用于各行各业中。低功耗、体积小的无线传感器节点是WSN的基本组成部分,通常由电化学电池供电,存在使用寿命短、需定期更换和污染环境等缺陷。因此,具备可持续、寿命长等优点的压电能量采集器作为供电元件得到广泛的研究。本文针对微型压电能量采集器结构稳定差、能量转换效率低和运行频率高等问题,提出了一种基于双晶压电厚膜的微能量采集器,优化了器件的结构参数,在基于键合和减薄技术制备双晶压电厚膜的基础上,通过镀膜和光刻等MEMS工艺制作了实验样机。论文的主要工作有:(1)提出了基于双晶压电厚膜的悬臂梁结构压电MEMS能量采集器设计方案。从结构类型、材料选用、工作模式等方面进行分析,并结合实际制备工艺,设计了以PZT材料作为上下压电功能层、磷青铜为基底的三种压电悬臂梁式能量采集器结构,即传统矩形梁、挖洞矩形梁和梯形梁压电能量采集器,建立了矩形和梯形压电结构器件的理论模型。(2)利用有限元软件COMSOL建立了压电振动能量采集器的有限元模型,分析了悬臂梁长度、PZT厚度、质量块大小、矩形梁挖洞的大小以及位置,梯形梁的尺寸等参数对系统谐振频率和输出功率的影响,获得了相应的器件结构优化参数。(3)研究了双晶压电厚膜的制备方法和能量采集器的MEMS加工方法及其实现过程。基于键合和减薄技术开展了双晶压电厚膜的制备工艺研究,即利用导电环氧树脂作为中间粘接层实现PZT和磷青铜基片的键合,并采用机械研磨抛光方法实现PZT体材的减薄;研究了压电能量采集器的MEMS加工工艺,包括光刻、溅射、刻蚀、激光切割等,探讨了具体的工艺参数及其测控方法;最后根据设计的工艺方案,制备了三种压电MEMS能量采集器实验样机。(4)采用振动能量采集器测试系统对制备的三种实验样机的输出性能进行测试研究。实验结果表明:双晶挖洞矩形梁式和梯形梁式压电器件输出性能均优于矩形梁式压电器件,其中,在外界激励加速度为3.5g时,双晶矩形式压电器件的谐振频率为89.7Hz、负载电压为32.4V,输出功率为0.784m W;双晶挖洞矩形梁式的压电器件的谐振频率为60.4Hz、负载电压为42V,输出功率为1.0587m W;双晶梯形梁式的谐振频率为76.8Hz、压电器件的负载电压为36.6V,输出功率为0.9053m W。(5)开展了器件应用测试实验。其中,利用矩形梁式压电振动能量采集器进行了电容充电实验,表明在2g振动加速度条件下对100μF和220μF电容充电时,60s与110s时间内电容电压分别能够达到9.6V和8.5V;利用挖洞矩形和梯形器件样机分别进行了温度传感器和无线传感模块供电实验,结果表明器件均能够有效为传感器供电,证明其在实际应用中的潜力。