壓電能量收集
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
壓電能量收集的實例教程
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。
展開 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。
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。
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。
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。
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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。
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
【引言】
由于ZnO納米線壓電納米發生器（p-NG）于2006年提出，壓電能量收集技術因其將小規模機械振動轉化為電能的能力引起了人們的極大關注。在隨后的幾十年中，許多壓電半導體納米陣列作為納米級自給電源被開發出來，從而推動了集成微/納電子學的發展。為了更廣泛和有效地利用環境不規則的機械能源，柔性p-NG通過將無機壓電材料分散到適合的聚合物。
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
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
