Comsol基于摩擦發(fā)電原理的自供電運動傳感器仿真
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之前在NANO有一篇論文,描述了自供電運動傳感器仿真,采用了摩擦發(fā)電的原理:
摩擦納米發(fā)電機因其制備簡單,瞬時功率大,成本低等優(yōu)勢,在環(huán)境能量采集和自供電傳感器設(shè)計方面具有廣泛的應(yīng)用前景.為了激發(fā)學(xué)生對這一前沿領(lǐng)域的興趣和科研熱情,拓寬學(xué)生的知識面,該文設(shè)計了基于摩擦發(fā)電的高靈敏度自供電加速度傳感器.通過選取摩擦靜電序列差異較大的摩擦副材料,提高傳感器的輸出性能.金屬質(zhì)量塊置于摩擦副的上表面,通過響應(yīng)環(huán)境振動信號來驅(qū)動摩擦層進行接觸分離運動,使傳感器輸出與振動信號振幅對應(yīng)的電信號.實驗結(jié)果表明,所研制的傳感器無需外界電源供電,其輸出靈敏度高達20.4 V/(m·s~(–2)),可廣泛用于實驗室物品掉落,傾倒,人體摔倒等振動信號檢測.相關(guān)教學(xué)實驗提高了學(xué)生的科研素養(yǎng),創(chuàng)新思維和工程實踐能力.
其核心材料是FEP(FEP全稱為Fluorinated ethylene propylene,翻譯為氟化乙烯丙烯共聚物(全氟乙烯丙烯共聚物)),外加正負電極和一層柔性材料(可以是PET也可以是PDMS等等)。在外界下壓和分離時輸出了較大的電壓信號,因此靈敏度較高。

以下采用comsol的靜電、力學(xué)和動網(wǎng)格模塊建模,復(fù)現(xiàn)了運動中摩擦發(fā)電器件的響應(yīng)。
如下是腳簡化模型對鞋墊的壓力和位移展示。

其中在傳感器區(qū)域,對截面進行摩擦發(fā)電分析,壓縮PET層并記錄電壓輸出變化。
多周期的運動,可以看到電壓輸出跟隨者波動,與論文實際檢測的基本一致。

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