具体实施方式

以电力变压器为例，电力变压器是整个电力系统正常运行的重要组件，然而电力变压器在实际运行的情况下，会随着服役年限的增加、加载工况的变化等一系列原因，产生突如其来的噪声，近年来，电力变压器噪声扰民的情况发生频率也是逐年增长，带来的干扰与危害日益增长。而与之相矛盾的是人民群众对于安静美好工作与生活条件的不断追求，这就对电力变压器噪声的实时监测能力提出了新的要求和挑战。电力变压器的噪声来源主要是其铁芯和绕组的振动，造成二者振动的主要原因可以归结为硅钢片的磁致伸缩和铁芯接缝处磁力线发生畸变导致硅钢片间所受应力分布不均。电力变压器所产生的噪声频率范围通常为50Hz、100Hz、200Hz等低频线谱，而通常对于电力变压器的噪声监测主要面临持续周期长、监测范围广、监测距离远等实际问题。目前常见的噪声监测系统大多需要电源线和数据传输线，对于上述噪声监测需求通常有线缆布置复杂、耗费人力物力大、系统鲁棒性较差等弊端。同时，对于电力变压器噪声实时监控通常需要使电力变压器处在工作状态下，那么处于安全距离的考虑，为了防止安全生产事故的发生，通常不允许工作人员频繁进场站维护设备，为此提出了一种电能转换器件，采用微穿孔板、支架和能量收集组件构成了亥姆霍兹共振腔，能量收集组件将振动的机械能转换成电能，实现自供能。

然而，上述的电能转换器件的稳定性不足，难以用于振动环境下。

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电学连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明一实施例提供一种电能转换器件，请一并参考图9、18、19和20，包括：

微穿孔板1；

与所述微穿孔板1相对设置的能量收集组件2；

支架3，所述支架3位于所述能量收集组件2的边缘区域和所述微穿孔板1的边缘区域之间；

所述能量收集组件2包括：压电膜层201；位于所述压电膜层201朝向所述微穿孔板1一侧表面的第一电极层202；位于所述压电膜层201背向所述微穿孔板1一侧表面的第二电极层203；贯穿所述压电膜层201和所述第一电极层202的第一开口2a，且所述第一开口2a的底部暴露出部分所述第二电极层203；位于所述第二电极层203背向所述压电膜层201一侧表面的接合层205；位于所述接合层205背向所述压电膜层201一侧的支撑层204。

需要说明的是，图20仅为了示意微穿孔板1、能量收集组件2和支架3的相对位置关系，部分结构没有示出。

在一个实施例中，第二电极层203可以通过金丝球焊连接在外部电荷收集电路上。

所述支撑层204中开设有贯穿所述支撑层204的若干第二开口2b，所述第二开口2b暴露出部分所述接合层205，也就是这部分接合层205背向支撑层204一侧的压电膜层201没有受到支撑层204的遮挡，压电膜层201的灵敏度高，有利于提高电能转换器件的发电效率。

在本实施例中，所述支架3为导电支架，支架3与第二电极层203电学连接，支架3和外部电荷收集电路电学连接，支架3将第二电极层203上的电学信号引出至外部电荷收集电路。

电能转换器件在一个实施例中，所述支撑层204的材料为半导体材料，这样容易通过半导体工艺制备出第二开口2b，尤其是当第二开口2b的密度和开口较小时，半导体材料容易通过刻蚀工艺做出第二开口2b。

在本实施例中，所述半导体材料包括硅，例如，单晶硅。

在本实施例中，所述支撑层204的厚度为50μm～200μm，例如，50μm、100μm、150μm或者200μm，支撑层204的面积为700mm²～8000mm²，例如，700mm²、1000mm²、3000mm²、5000mm²、7000mm²或者8000mm²。压电膜层201的面积为700mm²～8000mm²，例如，700mm²、1000mm²、3000mm²、5000mm²、7000mm²或者8000mm²。如果支撑层204的厚度过厚，则增加了制备第二开口2b的难度,如果支撑层204的厚度过薄，则支撑层204对压电膜层201的支撑效果不好，难以使压电膜层201做到又薄又大，不利于提高压电膜层201的灵敏度。

所述接合层205包括第一子接合膜2051和第二子接合膜2052，所述第一子接合膜2051位于所述第二子接合膜2052和所述第二电极层203之间。

在本实施例中，所述第一子接合膜2051的材料包括氮化硅，所述第二子接合膜2052的材料包括二氧化硅。由于支撑层204的材料为硅，第二子接合膜2052与支撑层204更容易紧密结合，又由于第一子接合膜2051与第二电极层203结合更容易，在第二子接合膜2052的基础上进一步设置第一子接合膜2051，这样使得第二电极层203和支撑层204的结合更加紧密，提高了能量收集组件2的稳定性，即使电能转换器件贴附在振动机构例如变压器表面，也不会因为振动导致压电膜层201与支撑层204脱离。

在本实施例中，所述第一子接合膜2051的厚度为150nm～250nm，例如，150nm、200nm或者250nm，优选为200nm；所述第二子接合膜2052的厚度为250nm～350nm，例如，250nm、300nm或者350nm，优选为300nm。这样的厚度设置能够保证压电膜层201具有较好的挠度要求又具有较好的形变能力，同时又能满足提高第二电极层203和支撑层204结合能力的要求。

若干个所述第二开口2b呈阵列排布。

在本实施例中，所述第二开口2b在所述压电膜层201的表面的投影呈正方形；在其他实施例中，第二开口2b在所述压电膜层201的表面的投影呈三角形或者圆形。

优选的，所述第二开口2b的宽度为3mm～5mm，例如，3mm、4mm或者5mm；相邻所述第二开口2b之间的间距为1mm～5mm，例如1mm、2mm、3mm、4mm或者5mm。如果第二开口2b的宽度过小，在振动作用下，压电膜层201的形变较小，产生的极化电荷较小，如果第二开口2b的宽度过大，压电膜层201的平整度不够，导致压电膜层201的灵敏度较差。

所述压电膜层201的材料包括锆钛酸铅压电陶瓷、聚偏二氟乙烯、氮化铝或者氧化锌。

在本实施例中，所述压电膜层201的厚度为100nm～1000nm，例如，100nm、300nm、500nm、700nm、900nm或者1000nm。压电膜层201的厚度较薄，使得能量收集组件2的灵敏度较高，即使是微弱的振动也能使能量收集组件2产生极化电荷。

在所述微穿孔板1的厚度方向上开设有若干间隔且贯穿所述微穿孔板1的通孔7；所述微穿孔板1包括：微穿孔本体层101，所述微穿孔本体层101的材料包括半导体材料。在本实施例中，微穿孔本体层101的材料为单晶硅。

优选的，通孔7在微穿孔板1中呈阵列周期性排布，通孔7的孔径大小一致，间距均匀。

在本实施例中，所述微穿孔板1还包括：附着层102,所述附着层102位于所述微穿孔本体层101朝向所述能量收集组件2的一侧表面。

在本实施例中，所述附着层102的材料包括氮化硅，氮化硅能够使微穿孔板1与支架3的结合更加紧密。

在本实施例中，所述通孔7的直径为100μm～200μm，例如，100μm、150μm或者200μm，相邻所述通孔7之间的间距为200μm～400μm，例如，200μm、300μm或者400μm。

在本实施例中，所述微穿孔板1的厚度为0.2mm～2mm，例如，0.2mm、0.5mm、1mm、1.5mm或者2mm。

所述支架3通过粘接剂与所述微穿孔板1固定连接，所述支架3通过导电银浆与所述第一电极层202电学连接。

支架3的材料包括金属，例如，铜，支架3具有一定的强度，支架3起到电学连接第一电极层202的作用，又起到支撑微穿孔板1和能量收集组件2的作用。

本实施例提供的电能转换器件，微穿孔板1、支架3和能量收集组件2共同构成了亥姆霍兹共振腔，微穿孔板1起到对声波能量进行吸收的作用，声波穿过微穿孔板1时，声波的能量引起微穿孔板1自身的振动，微穿孔板1自身的振动通过支架3传递到能量收集组件2上，由于能量收集组件2中的压电膜层201自身的压电特性，将振动的机械能转换成电能，并通过第一电极层202和第二电极层203把收集的电能传递到电能储存电路中完成声能向成电能的转换，并可以把这部分电能进行后续利用，因此，电能转换器件可以自发电，能够应用于噪声监控装置中，实现变压器噪声系统自供能监控。其次，支撑层204位于第二电极层203背向所述压电膜层201一侧，由于有支撑层204的支撑，可以使压电膜层201的面积更大的同时使压电膜层201的厚度也能更薄，使得压电膜层201的灵敏度更高，有利于提高能量收集组件2的电能收集效率；由于接合层205位于第二电极层203和支撑层204之间，提高了第二电极层203和支撑层204之间的结合力，使得电能转换器件的结构更稳定。第一开口2a贯穿压电膜层201和第一电极层202，且第一开口2a的底部暴露出部分第二电极层203，第二电极层203可以通过导线从第一开口2a引出，有利于提高第二电极层203的连接稳定性。综上，提高了电能转换器件的稳定性和电能收集效率。

本实施例提供的电能转换器件，可以贴附在振动机构例如变压器表面，利用振动机构的振动使机械能转换成电能，电能转换器件能同时使振动的机械能和噪声的声能均转换成电能，电能转换器件的发电效率较高。

本发明另一实施例还提供一种电能转换器件的制备方法，包括：

形成微穿孔板1；

形成能量收集组件2；

采用支架3支撑所述能量收集组件2的边缘区域和所述微穿孔板1的边缘区域；

形成所述能量收集组件2的方法包括：提供初始支撑层204a；在所述初始支撑层204a的一侧表面形成接合层205；在所述接合层205背向所述初始支撑层204a的一侧表面形成第二电极层203；在所述第二电极层203背向所述初始支撑层204a的一侧表面形成压电膜层201；在所述压电膜层201背向所述第二电极层203的一侧表面形成第一电极层202；在所述第一电极层202和所述压电膜层201中形成第一开口2a，所述第一开口2a的底部暴露出部分所述第二电极层203。

电能转换器件的制备方法还包括：形成贯穿所述初始支撑层204a的若干第二开口2b，所述第二开口2b与部分所述压电膜层201相对；形成所述第二开口2b的步骤包括：通过第一刻蚀工艺在部分厚度的所述初始支撑层204a中形成若干第二初始开口2c；形成所述第二电极层203之后，所述第二初始开口2c位于所述初始支撑层204a背向所述第二电极层203的一侧；形成所述第一开口2a之后，通过第二刻蚀工艺刻蚀所述第二初始开口2c底部的所述初始支撑层204a，使所述初始支撑层204a形成支撑层204，支撑层204中具有贯穿所述支撑层204的第二开口2b。

在本实施例中，在形成所述第二电极层203之前，形成所述第二初始开口2c。

在本实施例中，所述第一刻蚀工艺包括湿法刻蚀工艺，所述第二刻蚀工艺包括干法刻蚀工艺。

形成所述微穿孔板1的方法包括：

提供第一半导体基片101a；

在所述第一半导体基片101a的一侧表面上形成附着材料层102a；

在所述附着材料层102a背向所述第一半导体基片101a的一侧表面形成第一掩膜材料层6a；

图形化所述第一掩膜材料层6a，使所述第一掩膜材料层6a形成第一掩膜层6b，所述第一掩膜层6b中具有若干间隔且贯穿所述第一掩膜层6b的第一掩膜通孔6c；

刻蚀所述第一掩膜通孔6c底部的所述附着材料层102a，使所述附着材料层102a形成附着层102，所述附着层102中具有贯穿所述附着层102的第一子通孔102b；

刻蚀所述第一子通孔102b底部的所述第一半导体基片101a，使得第一半导体基片101a形成微穿孔本体层101，所述微穿孔本体层101中具有贯穿微穿孔本体层101的第二子通孔102c，所述第二子通孔102c与所述第一子通孔102b贯通并构成所述通孔7；

形成所述通孔7之后，去除所述第一掩膜层6b；

优选的，所述附着材料层102a的材料包括氮化硅，所述第一掩膜材料层6a的材料包括铝。

形成所述附着材料层102a之后，且在形成所述第一掩膜材料层6a之前，还包括：通过第三刻蚀工艺减薄所述第一半导体基片101a。

在本实施例中，所述第三刻蚀工艺包括湿法刻蚀工艺。

请参考图1至图9，下面将结合附图对微穿孔板1的形成步骤进行详尽的说明。

请参考图1，提供第一半导体基片101a，并采用标准清洗工艺对第一半导体基片101a进行清洗。

具体地，标准清洗工艺的步骤为：

把第一半导体基片101a置于丙酮溶剂中，并使用超声清洗5分钟；之后，把第一半导体基片101a置于乙醇溶剂中，并使用超声清洗5分钟，以去除第一半导体基片101a表面的有机物；之后，使用去离子水冲洗第一半导体基片101a，以去除第一半导体基片101a表面残留的丙酮和乙醇；之后，把第一半导体基片101a放入浓硫酸中并加热浓硫酸至沸腾，待冷却后，使用去离子水反复冲洗第一半导体基片101a的表面；之后，将第一半导体基片101a多次放入去离子水中煮沸，以去除第一半导体基片101a表面的硫酸；之后，使用去离子水冲洗第一半导体基片101a的表面；之后，干燥第一半导体基片101a。

把第一半导体基片101a放入浓度比为1:2:5的HCL:H2O2:H2O的混合溶液中煮沸，以除去第一半导体基片101a表面的金属离子。

把第一半导体基片101a放入浓度比为1:2:8的NH4:H2O2:H2O的混合溶液中煮沸，以除去第一半导体基片101a表面的络合物。

请参考图2，在第一半导体基片101a的一侧表面形成附着材料层102a。

形成所述附着材料层102a的工艺包括沉积工艺，例如，低压力化学气相沉积法。

请参考图3，减薄第一半导体基片101a。

减薄第一半导体基片101a的工艺包括湿法刻蚀工艺，附着材料层102a作为湿法刻蚀工艺的掩膜层，保护第一半导体基片101a的一侧表面。

湿法刻蚀工艺的方法为：把第一半导体基片101a置于KOH溶液中，KOH的含量为33％，湿法刻蚀时间为55分钟，减薄后的第一半导体基片101a的厚度为0.2mm～2mm，例如，0.2mm、0.5mm、1mm、1.5mm或者2mm；之后使用去离子水冲洗第一半导体基片101a；之后，烘干第一半导体基片101a；之后，再使用O2等离子体清洗第一半导体基片101a3分钟，以去除附着材料层102a表面的污染物。

请参考图4，在附着材料层102a背向第一半导体基片101a的一侧表面形成第一掩膜材料层6a。

形成第一掩膜材料层6a的工艺包括蒸镀工艺。

请参考图5，在第一掩膜材料层6a背向附着材料层102a的一侧表面形成图形化的第一光刻胶层6d。

请参考图6，以第一光刻胶层6d为掩膜刻蚀第一掩膜材料层6a，使第一掩膜材料层6a形成第一掩膜层6b，第一掩膜层6b中具有若干间隔且贯穿所述第一掩膜层6b的第一掩膜通孔6c。

形成第一掩膜通孔6c的方法为：把第一半导体基片101a置于磷酸溶液中以去除未被第一光刻胶层6d覆盖的第一掩膜材料层6a，磷酸溶液的浓度为分析纯；之后，取出第一半导体基片101a并使用去离子水反复冲洗，以去除第一半导体基片101a表面残留的磷酸。

请参考图7，以第一掩膜层6b为掩膜刻蚀附着材料层102a，使附着材料层102a形成附着层102，附着层102中具有若干间隔且贯穿附着层102的第一子通孔102b。

形成第一子通孔102b的方法为：使用等离子刻蚀工艺形成第一子通孔102b，等离子刻蚀工艺采用的刻蚀气体包括六氟化硫、四氟化碳、三氟化氮、六氟乙烷、全氟丙烷或者三氟甲烷。

请参考图8，以第一掩膜层6b为掩膜刻蚀第一半导体基片101a以去除未被第一掩膜层6b覆盖的第一半导体基片101a，使第一半导体基片101a形成微穿孔本体层101，微穿孔本体层101中具有若干间隔且贯穿微穿孔本体层101的第二子通孔102c。

形成第二子通孔102c的工艺包括深反应离子刻蚀(DRIE)工艺。

请参考图9，去除第一光刻胶层6d和第一掩膜层6b。

具体地，把第一半导体基片101a置于丙酮溶液中，去除第一半导体基片101a表面的第一光刻胶层6d；之后，再将第一半导体基片101a置于磷酸溶液中以去除第一半导体基片101a表面第一掩膜层6b，磷酸溶液的浓度为分析纯。

在本实施例中，微穿孔本体层101与附着层102构成了微穿孔板1，在其他实施例中，还可以去除附着层102，微穿孔板1仅由微穿孔本体层101构成。

请参考图10至图18，下面将结合附图对能量收集组件2的形成步骤进行详尽的说明。

请参考图10，提供初始支撑层204a，并采用标准清洗工艺对初始支撑层204a进行清洗。

标注清洗工艺的方法参照前述相关描述。

请参考图11，在初始支撑层204a的两侧表面形成第二子接合膜2052、第四初始子接合膜2052a、第一子接合膜2051和第三初始子接合膜2051a。

具体地，通过低压力化学气相沉积法(LPCVD)在初始支撑层204a的两侧表面形成第二子接合膜2052和第四初始子接合膜2052a；之后，再次通过低压力化学气相沉积法在第二子接合膜2052背向初始支撑层204a的一侧表面形成第一子接合膜2051、在第四初始子接合膜2052a背向初始支撑层204a的一侧表面形成第三初始子接合膜2051a。

请参考图12，在第三初始子接合膜2051a背向初始支撑层204a的一侧表面形成第二光刻胶层6e。

形成第二光刻胶层6e的工艺包括光刻工艺。

具体地，光刻工艺的工艺参考包括：采用旋涂方法在第三初始子接合膜2051a的表面涂覆正性光刻胶，旋涂方法的甩胶速度为1000rpm，涂覆时间为60秒，前烘时间为30分钟，前烘温度为80℃，曝光光照波长为350nm～450nm，曝光时间为23秒，曝光的对准精度为1微米，显影液中的碱性物质为NaOH，其中，NaOH的浓度为0.6％，显影时间为30秒，光刻工艺的后烘时间为30分钟，后烘的温度为80℃。

使用O2等离子体清洗初始支撑层204a 3分钟，以清除初始支撑层204a显影后图形中的残余光刻胶。

请参考图13，以第二光刻胶层6e为掩膜刻蚀第三初始子接合膜2051a和第四初始子接合膜2052a，使第三初始子接合膜2051a形成第三子接合膜2051b、使第四初始子接合膜2052a形成第四子接合膜2052b。第三子接合膜2051b和第四子接合膜2052b中具有若干间隔且贯穿第三子接合膜2051b和第四子接合膜2052b的第三掩膜通孔6f。

形成第三掩膜通孔6f的工艺包括等离子刻蚀工艺，等离子刻蚀工艺的刻蚀时间为5分钟，等离子刻蚀工艺采用的刻蚀气体包括六氟化硫、四氟化碳、三氟化氮、六氟乙烷、全氟丙烷或者三氟甲烷。

请参考图14，以第三子接合膜2051b和第四子接合膜2052b为掩膜刻蚀初始支撑层204a，使初始支撑层204中形成第二初始开口2c。

形成第二初始开口2c的工艺包括湿法刻蚀工艺，具体地，把初始支撑层204a置于浓度为33％的KOH刻蚀溶液中进行刻蚀，刻蚀溶液的温度为80℃，刻蚀时间为250分钟，第二初始开口2c的深度为100微米；之后，使用去离子水清洗初始支撑层204a；之后，烘干初始支撑层204a；之后，通过O2等离子体清洗3分钟，以把湿法刻蚀过程中附着在初始支撑层204a表面的污染物去除。

请参考图15，在第一子接合膜2051背向初始支撑层204a的一侧表面形成第二电极层203。

形成第二电极层203的工艺包括溅射工艺，具体地，通过第一次溅射工艺在第一子接合膜2051背向初始支撑层204a的一侧表面溅射一层厚度为50nm的铬金属层，然后通过第二次溅射工艺在铬金属层背向初始支撑层204a的一侧表面溅射厚度为300nm的铂金属层，铬金属层的作用在于增加第一子接合膜2051与铂金属层的粘附性。

请参考图16，在第二电极层203背向初始支撑层204a的一侧表面形成压电膜层201。

形成压电膜层201的工艺包括溅射工艺。

请参考图17，在压电膜层201背向初始支撑层204a的一侧表面形成第一电极层202，并形成第一开口2a。

形成第一电极层202的方法参照前述形成第二电极层203的相关描述。形成第一电极层202之后使用丙酮浸泡初始支撑层204a 1小时；之后，通过超声处理3分钟；之后，通过金属剥离工艺形成第一开口2a。

请参考图18，以第三子接合膜2051b和第四子接合膜2052b为掩膜刻蚀初始支撑层204a，使初始支撑层204a形成支撑层204，支撑层204中具有若干间隔且贯穿支撑层204的第二开口2b。

形成第二开口2b的工艺包括深反应离子刻蚀(DRIE)工艺。

形成第二开口2b之后，把支撑层204置于丙酮溶液中，以去除支撑层204表面的油渍；之后，使用去离子水冲洗支撑层204多次；之后，烘干支撑层204。

本实施例提供的电能转换器件的制备方法，支撑层204位于第二电极层203背向所述压电膜层201一侧，由于有支撑层204的支撑，可以使压电膜层201的面积更大的同时使压电膜层201的厚度也能更薄，使得压电膜层201的灵敏度更高，有利于提高能量收集组件2的电能收集效率。第一开口2a贯穿压电膜层201和第一电极层202，且第一开口2a的底部暴露出部分第二电极层203，第二电极层203可以通过导线从第一开口2a引出，有利于提高第二电极层203的连接稳定性。支架3位于能量收集组件2的边缘区域和微穿孔板1的边缘区域之间，微穿孔板1、支架3和能量收集组件2共同构成了亥姆霍兹共振腔，微穿孔板1起到对声波能量进行吸收的作用，声波穿过微穿孔板1时，声波的能量引起微穿孔板1自身的振动，微穿孔板1自身的振动通过支架3传递到能量收集组件2上，由于能量收集组件2中的压电膜层201自身的压电特性，将振动的机械能转换成电能，并通过第一电极层202和第二电极层203把收集的电能传递到电能储存电路中完成声能向成电能的转换，并可以把这部分电能进行后续利用，因此，电能转换器件可以自发电，能够应用于噪声监控装置中，实现变压器噪声系统自供能监控。

本实施例提供的电能转换器件，可以贴附在振动机构例如变压器表面，利用振动机构的振动使机械能转换成电能，电能转换器件能同时使振动的机械能和噪声的声能均转换成电能，电能转换器件的发电效率较高。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。