【摘 要】
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近年来,振动能量收集因在众多领域的应用潜力而成为研究热点.压电式能量收集是利用材料的压电效应把机械振动能转化成电能的一种方式,因其结构简单而受到越来越多的关注.
【机 构】
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中国科学院上海硅酸盐研究所,上海201800
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近年来,振动能量收集因在众多领域的应用潜力而成为研究热点.压电式能量收集是利用材料的压电效应把机械振动能转化成电能的一种方式,因其结构简单而受到越来越多的关注.以(1-x)Pb(M g1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3(简称PMN-PT或PMNT)为代表的新型铁电单晶材料具有极高的压电性能和机电耦合性能(d33～2000pC/N,d31～2500pC/N,d15～5900pC/N,k33～94％,k31～90％,k15～97％),在振动能量收集技术应用中具有非常大的潜力.我们以PMN-PT压电单晶为基础,研制出了新型高性能CANDLE(CANtilever Driving Low frequency Energyharvester结构振动能量收集器,该结构由悬臂梁结构和铙钹结构组合而成.悬臂梁结构可对质量负载摆动产生的力进行放大后施加在铙钹结构上,铙钹结构对力进行进一步放大后施加于压电片.我们系统研究了该新型结构在不同振动频率、质量负载和阻抗负载条件下的电学性能.在3.2g振动加速度和4.2g质量负载条件下,器件可输出38V的电压和3.7mW的功率,谐振频率为102 Hz.基于PMN-PT单晶的CANDLE结构低的谐振频率和高的输出性能,使其在低功耗电子设备和无线传感网的供能上具有广阔的应用前景.
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