一体式柔性可拉伸拱形摩擦-压电复合纳米发电机

针对目前可穿戴单兵能源装备对能源采集器件柔性可拉伸能力的迫切需求,提出了一种基于摩擦-压电协同换能机理的一体式柔性可拉伸拱形纳米发电机设计方案。利用混炼工艺将钛酸钡(BaTiO3)、聚四氟乙烯(PTFE)和镀银玻璃微珠分别混入到高温硫化硅橡胶中,分别制备出压电层、摩擦层和电极层,使器件实现了全柔性和可拉伸性能。器件采用拱形结构,可以响应拉伸和拍打两种常见的激励模式,有助于高效采集具有多自由度特点的人体运动能量。实验结果表明,拉伸模式下,器件主要依靠压电层产生电能输出,而在拍打模式下,器件则主要依靠摩擦层产生电能输出,复合输出性能得到明显提升,展现出其在可穿戴单兵能源装备领域广阔的应用前景。

面向智能轴承自供电系统的压电-摩擦复合式振动能量采集器

针对智能轴承外圈径向开槽结构中以电池供能的状态监测设备存在应用场合受限的问题,提出了一种适用于智能轴承自供电系统的压电-摩擦复合式振动能量采集器。该能量采集器以带双质量块的三角形单晶压电悬臂梁为基础,在悬臂梁的振动方向上有机集成兼具限位功能的摩擦纳米发电机,实现了振动和限位碰撞过程中压电-摩擦电两种模式的复合协同发电,有效利用了空间并提高了输出性能。同时,利用集中参数法建立了能量采集器的机电耦合动力学模型,通过COMSOL软件分析了不同结构与尺寸对压电悬臂梁固有频率和输出电压的影响,并通过试验验证机电耦合动力学模型与仿真分析的准确性。试验结果表明:所提能量采集器能够在0~28.2 m/s^(2)的智能轴承正常工作振动加速度范围内有效工作;在加速度为2 m/s^(2)时,该采集器的压电和摩擦电单元开路输出电压最大峰峰值分别可达1.28 V和1.05 V;在加速度为20 m/s^(2)时,该采集器的压电和摩擦电单元开路输出电压最大峰峰值分别可达2.85 V和1.18 V。