陳根：C-PVEH可收集環(huán)境中的振動(dòng)能量發(fā)電

2023.07.07 陜西

文/陳根

伴隨著智能科技的發(fā)展，越來越多的電器設(shè)備配備了收集數(shù)據(jù)的傳感器，同時(shí)作為物聯(lián)網(wǎng)的一部分被連接到互聯(lián)網(wǎng)上。如何為這些設(shè)備的運(yùn)作提供可持續(xù)的電源，也就成了科學(xué)家們著力攻關(guān)的挑戰(zhàn)項(xiàng)。

據(jù)《納米能源》雜志發(fā)表的關(guān)于未來自供電設(shè)備的最新研究成果顯示，科學(xué)家們將壓電復(fù)合材料與碳纖維增強(qiáng)聚合物（Carbon Fiber Reinforced Polymer，簡稱CFRP）相結(jié)合，設(shè)計(jì)出一種新的可以將周圍環(huán)境的振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電能的能源生成裝置，該裝置將為自供電的傳感器提供了一種高效和可靠的供電途徑。

壓電復(fù)合材料，是由至少兩種不同類型的材料組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中至少一種材料是壓電材料，即能夠通過施加機(jī)械壓力或應(yīng)變而產(chǎn)生電荷分離和電位差的材料。作為一種固體材料特有的物理現(xiàn)象，壓電效應(yīng)可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，即當(dāng)壓電材料受到外力作用時(shí)，其內(nèi)部的正負(fù)電荷會(huì)重新分布，從而形成一個(gè)電位差，這種電差可以被用來驅(qū)動(dòng)電流或者產(chǎn)生電壓。

碳纖維增強(qiáng)聚合物，則是一種由高強(qiáng)度碳纖維和聚合物基質(zhì)組成的復(fù)合材料。碳纖維是一種由納米級(jí)碳纖維束組成的纖維材料，具有出色的強(qiáng)度和剛度；聚合物基質(zhì)則可以是各種不同類型的聚合物。憑借其高強(qiáng)度和輕量化特性，CFRP被廣泛用于制造飛機(jī)零部件、汽車車身部件、體育器材（如高爾夫球桿和網(wǎng)球拍）以及結(jié)構(gòu)加固等領(lǐng)域，以提高性能并降低重量。

據(jù)日本東北大學(xué)教授Fumio Narita介紹，壓電振動(dòng)能量收集器（PVEH），利用CFRP的堅(jiān)固性和壓電復(fù)合材料，或許將成為一種更有效和耐用的能量收集手段，有效地將環(huán)境中的勢量轉(zhuǎn)化為可用的電能，作為一種更有效和耐用的能量收集手段，這將是確保能量可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。

科學(xué)家們研發(fā)的C-PVEH裝置在測試和模擬中顯示，它能夠儲(chǔ)存產(chǎn)生的電力并為LED燈供電；而且在被彎曲超過10萬次后，仍能保持高性能。

C-PVEH將有助于推動(dòng)自供電物聯(lián)網(wǎng)傳感器的發(fā)展，帶來更節(jié)能的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。而優(yōu)秀的能量輸出密度和高彈性的融合將指導(dǎo)未來對(duì)其他復(fù)合材料的研究，以實(shí)現(xiàn)多樣化的應(yīng)用。

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