機械能量收集設備的案例
基于comsol的能量收集器仿真研究 ￥50
案例描述：圓柱繞流是流體力學中一個重要的現象，可將圓柱繞流產生的卡門渦街現象應用到實際的工程中——能量收集器。本案例通過利用comsol研究卡門渦街產生的能量是如何轉換為結構的動能，在仿真中利用率comsol的流固耦合模塊和動網格功能。
幾何模型：
仿真結果：
操作步驟：
1.打開comsol mutiphysics，點擊model wizard→2d→fluid flow→fluid-structure interaction（fsi），點擊add→study，選擇preset studies→time dependent，點擊done。
基于comsol的能量收集器仿真研究 ￥50
案例描述：圓柱繞流是流體力學中一個重要的現象，可將圓柱繞流產生的卡門渦街現象應用到實際的工程中——能量收集器。本案例通過利用comsol研究卡門渦街產生的能量是如何轉換為結構的動能，在仿真中利用率comsol的流固耦合模塊和動網格功能。
幾何模型：
仿真結果：
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1.打開comsol mutiphysics，點擊model wizard→2d→fluid flow→fluid-structure interaction（fsi），點擊add→study，選擇preset studies→time dependent，點擊done。
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案例描述：圓柱繞流是流體力學中一個重要的現象，可將圓柱繞流產生的卡門渦街現象應用到實際的工程中——能量收集器。本案例通過利用comsol研究卡門渦街產生的能量是如何轉換為結構的動能，在仿真中利用率comsol的流固耦合模塊和動網格功能。
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北工大：柔性壓電能量收集器獲重要進展！
近日，北京工業大學材料學院、新型功能材料教育部重點實驗室侯育冬教授團隊，成功開發出一種具有優異發電特性和長時間服役穩定性的懸臂梁式柔性壓電能量收集器。相關研究成果發表于能源領域著名學術刊物Nano Energy（IF=13.14）上。
文章鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285518305676
隨著各類小型電子設備以及物聯網的快速發展，迫切需要開發高性能、輕量化，可持續性強的能量供應器件。在目前各種形式的能量收集器中，柔性壓電能量收集器依托優異的力學性能，良好的環境適應性以及突出的能量收集性能有望集成于個人電子設備以及無線傳感器中，持續進行能量供應。如何基于填料設計與結構優化在提升柔性壓電能量收集器發電功率的同時，保持長時間的工作穩定性是本方向的研究難點。
最近，侯育冬教授團隊率先開發出一種具有優異服役特性的極性納米棒填料織構化柔性壓電復合材料。在能量收集材料設計理論指導下，以熔鹽化學合成的具有單軸強極性的BaTi2O5納米棒為填料，聚偏氟乙烯PVDF為基體，通過熱壓取向工藝將BaTi2O5納米棒定向排列于聚合物基體中，構建出具有高換能系數的織構化柔性BaTi2O5/PVDF壓電復合材料。
研究發現，以該材料制作的懸臂梁式柔性壓電能量收集器，在嚴苛的振動條件下（10g加速度）表現出高能量密度27.4 μW/cm3。更為重要的是，即使經過長時間的振動周期循環（~330,000），柔性壓電能量收集器仍能保持其發電特性而不劣化。
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廣西大學聶雙喜教授《Materials Today》：液體能量收集與利用
有效利用來自液體的能量將促進可再生能源領域的發展和創新，符合碳中和所提出的要求，也將有效促進造紙工業的高端化和綠色化發展。在眾多的液體能量收集的技術中，液-固摩擦納米發電機具有器件簡易、輸出高、材料選擇廣泛等優勢。為了進一步提升摩擦納米發電機的輸出性能，研究人員開發了許多先進方法。其中，化學功能化策略不僅在增加電荷密度方面具有很大優勢，而且拓寬了摩擦電材料的選擇范圍，進一步拓寬了液-固摩擦起電的應用領域。同時，從分子水平改變材料的摩擦電特性，這種改性是持久和穩定的。此外，化學功能化策略在弱化液-固摩擦起電方面也具備優勢，液-固摩擦起電的弱化可以有效減弱靜電效應帶來的危害。因此，系統地總結化學功能化策略在強化和弱化液-固摩擦起電過程中的建設性作用及其相關的應用是有必要的。
基于此，廣西大學聶雙喜教授課題組系統性地綜述了基于化學功能化策略調控液-固接觸起電的最新研究進展。介紹了化學功能化策略在提高液-固接觸起電性能的研究進展。同時，重點關注了化學功能化策略在弱化固體材料和液體材料起電性能的最新進展，并進一步闡述了弱化固-液摩擦起電在自供電化學傳感、物理傳感、靜電效應消除等方面應用的重要意義。最后討論了當前該領域內化學功能化在固體表面改性和液體分子修飾方面存在的問題及挑戰。
圖1 液-固接觸帶電研究中的典型例子和發展時間線。
圖2 液-固接觸起電未來的發展趨勢。
展開 《Adv Mater》：一種完全柔軟和可伸縮的電雙層能量收集器！
圖2.完全基于軟材料的能量收集器。A)展示其高度變形特性的裝置的照片。兩個包裹在聚丙烯酰胺水凝膠基質中的液態金屬電極產生兩個可變面積的EDLC。B)工作機制示意圖。拉伸增加了凝膠-金屬界面的面積，從而增加了電容，并驅動電荷在電路中運動。將電極釋放回其原始區域會使電荷返回到未變形的電極。C)平衡狀態下器件的電路表示(無電位梯度)。
圖3.EDLC能量收集器特性。A-D)輸出電流作為機械輸入的電極面積(A)、電解質濃度(B)、振幅(C)和頻率(D)的函數。E)裝置的電路模型，其中符號A表示短路電流的測量。F)試驗結果與模型結果的比較。模型數據符合線性方程，電流=0.0308×電極面積。G)水下軟EDLC能量收集器。
這項工作解決了傳統的可變面積靜電能量收集器的一些顯著缺陷。
展開 王中林院士團隊：基于彈簧輔助多層結構的球形摩擦納米發電機高效水波能量收集
本文亮點：結合彈簧結構和多層結構的優點，制作了摩擦納米發電機（TENG）陣列，該陣列由四個球形TENG和彈簧輔助多層結構組成，用于收集水波能量。在水波的驅動下，這個TENG陣列產生15.97 mW的高輸出功率，展示了高效水波能量收集的能力。
能源在人類生活中扮演著非常重要的角色，現階段能源的消耗主要依賴于傳統化石能源，這是一種有限的、非可再生的能源。隨著化石能源的不斷開采和枯竭，迫切需要尋找一些新型的能源形式。海洋波浪能具有儲量豐富、受環境因素影響較小等優點，是潛在的能夠大規模應用的能源之一。但是，近幾十年世界各國對波浪能收集的探索大都基于傳統的電磁發電機，而電磁發電機因其自身的工作原理所限，難以有效收集這種低頻的、隨機的能源。
王中林院士于2012年首次提出基于摩擦起電和靜電感應效應的摩擦納米發電機，它利用麥克斯韋位移電流的機理，將周圍環境中的機械能轉化為電能。同時球形結構摩擦納米發電機因其具有質量輕、在水波中運動阻力小以及易于陣列化等諸多優點已經被用來收集水波能。但是在之前報道的工作中，還存在輸出電流較小等缺點，限制了它的實際應用。
近日，中國科學院北京納米能源與納米系統研究所王中林院士課題組（通訊作者）在國際頂級期刊 Advanced Functional Materials上發表 “Spherical Triboelectric Nanogenerators Based on Spring‐Assisted Multilayered Structurefor Efficient Water Wave Energy Harvesting”的論文。研究團隊首先結合彈簧輔助結構和球形結構的優點，并在一個球殼空間內集成多個基本發電單元形成多層結構，成功制備出耦合彈簧及多層結構的球形摩擦納米發電機，用于收集水波能。
展開 多倫多大學劉新宇教授團隊《iScience》綜述：類皮膚水凝膠及其在可穿戴傳感，軟體機器人以及能量收集等方面的應用
通過精巧地設計并組合相關電子元器件及彈性體材料，研究人員已成功開發出諸如電子皮膚（electronic skin）等仿人體皮膚的電子設備，并在可穿戴電子，可穿戴康復機械人和軟體機器人等領域展現了巨大的應用前景. 而以離子水凝膠為代表的軟材料，由于其優異的生物兼容性，更加接近生物組織的機械和電學特性，目前吸引了大量研究精力投入其中，以便將其開發并集成到可穿戴傳感，軟體機器人等應用中，從而確保更安全，更智能的人機互動。
日前，多倫多大學劉新宇教授團隊在 Cell Press 子刊 iScience上 總結并討論了類皮膚水凝膠的研究進展。文章首先總結了目前水凝膠的增韌方法及原理，增加離子導電性的方法。文章隨后描述了目前提高水凝膠鎖水，抗凍和粘貼的若干策略。應用方面，文章主要介紹了目前離子水凝膠在可穿戴物理和化學傳感，軟體機器人柔性電極及可拉伸傳感，和柔性自發電能量收集等方面的進展。最后，作者討論了離子水凝膠存在的挑戰和機遇， 包括多模態傳感，新型加工制備方案，結合大數據和水凝膠離子計算的下一代智能，以及可拉伸的儲能設備。
圖1 人體皮膚示意圖及類皮膚水凝膠目前的進展和應用總結
圖2 雙網絡水凝膠的代表結構和他們的合成策略。
展開 機械設備故障診斷技術及方法\機械設備故障診斷技術及方法
機械設備故障診斷技術及方法\機械設備故障診斷技術及方法
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《AM》賓大張圭貞/王青、武漢理工陳文：水凝膠離子二極管用于獲取超低頻機械能
嵌入的 CNT 和 AgNW 電極產生了出色的整流比，因此，出色的機械能收集性能在 0.01 Hz 時超過了當前機械能收集器的幾個數量級。此外，整流水凝膠離子二極管在原型自供電設備中的應用也得到了證明。水凝膠離子二極管的概念，在材料選擇和結構設計方面進一步優化，有望成為一種新的超低頻高效能量收集形式，也可以應用于其他離子能源設備，包括燃料電池和電池。預計水凝膠電離電子學將使新型的基于離子電流的柔性和可穿戴設備成為可能，用于傳感、軟機器人、人機界面和能量收集。
參考文獻：
doi.org/10.1002/adma.202103056
展開 蘇州大學孫寶全教授課題組AEM：在可同時收集機械能和太陽能的直流摩擦發電機上取得新進展
兩種材料之間存在動態接觸時會產生電荷轉移，基于該種動態接觸的摩擦納米發電機（TENG）可以收集環境中的機械能。TENG器件已經被廣泛研究并被用于為無線探測器、可穿戴電子電路以及充電儲能器件提供電能。然而，傳統TENG器件大多輸出交流電流，且電流較小，需要額外整流設備才能轉換成直流信號。這使得具有高電流輸出特性的直流摩擦納米發電機(DC-TENG)得到了科學界的廣泛關注。現階段，DC-TENG器件多基于半導體材料，為了進一步提高該種器件的輸出特性，對半導體材料界面進行修飾是一種有效的手段。此外，通過合適的修飾層選擇及器件結構設計，有望實現機械能和太陽能的同時收集。
圖1 (a) 基于Al/n-Si結構的新型TENG器件結構示意圖；(b)器件在靜態接觸和動態摩擦狀態下的I-V輸出曲線；(c)器件平衡態下背面能帶結構示意圖；(d)n-Si/Ag、n-Si/PEDOT:PSS和n-Si/MoO3-x平面異質結的表面電勢分布； (e)、(f)、(g)分別為純硅片、覆蓋導電高分子PEDOT:PSS薄膜的硅片和覆蓋MoO3-x硅片的少子壽命
本文開發了一種基于Al/n-Si動態接觸的新型TENG器件，該器件增加了聚（3,4-乙烯二氧噻吩）聚苯乙烯磺酸鹽（PEDOT:PSS）作為界面修飾層。透明導電聚合物PEDOT:PSS不僅有利于光線有效地進入器件，產生更多載流子，同時起到了鈍化硅片的目的，增加了載流子的提取。通過設計額外的金屬柵線結構，該種TENG器件可以同時收集機械能和太陽能。
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2024石家莊工程機械/礦山機械設備展覽會
此次展會將涉及礦山智能化無人開采技術及應用、礦山生產設備、礦山運輸設備、礦山安全及監控、礦山服務、智慧礦山建設、礦用機電設備及材料、礦山應急救援設備、煤炭技術與裝備、礦產品加工利用等領域，通過專業化、品牌化的運作模式，與業界精英共同探索行業發展新趨勢！
2024中國（石家莊）國際礦業博覽會配合多種精彩紛呈的現場活動，同時舉辦滿足各類專業人士需要的高端峰會和論壇，“全方位、立體式”地打造出中國采礦技術設備行業的旗艦盛會。
現誠邀貴公司參展參會，共襄盛舉。
特此函邀。
2024中國（石家莊）國際礦業博覽會組委會
2024年1月29日
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謹致問候/Best Regard
敬請及時與我們溝通聯絡，獲取最新展會信息
2024中國（石家莊）國際礦業博覽會組委會
聯系人： 張顏-先生
手 機： 182-1097-7957（同微）
電 郵： 212174515@qq.com
展開 機械原理動態圖大全，秒懂你身邊的機械設備！
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【機械設計】自動化設備開發系列講義——機械的一般設計程序及要求
1.1 機械的一般設計程序及要求
一部機器的質量基本上決定于設計質量.制造過程對機器質量所起的作用,本質上就在于實現設計時所規定的質量.因此,機器的設計階段是決定機器好壞的關鍵.
1.1.1機器的基本組成部分
原動部分是驅動整個機器以完成預定功能的動力源.通常一部機器只有一個原動機,復雜的機器也可能有好幾個動力源.一般說來,它們都是把其它形形式的能量轉換為可以利用的機械能.
原動機的動力輸出絕大多數呈旋轉運動的狀態,輸出一定的轉矩.在少數情況下也有用直線運動馬達以直線運動的形式輸出一定的推力或拉力.
執行部分是用來完成機器預定功能的組成部分.一個機器人可以只有一個執行部分,也可以有好幾個執行部分.（我們推薦你關注“機械工程師”公眾號，第一時間掌握干貨知識、行業信息）
由于機器的功能是各式各樣的,所以要求的運動形式也是各式各樣的.同時所要克服的阻力也會隨著工作情況而異.但是原動機的運動形式和運動及動力參數是有限的,而且是確定的.這就提出暸必須把原動機的運動形式,運動及動力參數變為執行部分所需的運動形式,運動和動力參數的問題.這個任務是靠傳動部分來完成的.
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