3D打印-聲學(xué)能采集的摩擦納米發(fā)電機(jī)

魔猴君  行業(yè)資訊   1028天前

在我們的生活環(huán)境中，低頻聲波以縱波傳播，不容易被吸收或隔離。然而，如果采用適當(dāng)?shù)脑恚鐗弘姾碗姶欧椒?，可以收集低頻聲波并轉(zhuǎn)換成電能，為電子設(shè)備提供電力。對(duì)于壓電器件，通常采用高壓電系數(shù)的陶瓷。但它們相對(duì)較大的楊氏模量會(huì)導(dǎo)致聲阻抗與氣流不匹配。此外，固體陶瓷材料將反射大部分入射聲能，使輸出性能下降。對(duì)于電磁方式，通常需要線圈、磁鐵等笨重的部件，不利于能量采集器輕量化，小型化。

相比之下，摩擦納米發(fā)電機(jī)由于器件中摩擦電薄膜的柔軟和靈活特性，可以顯著減輕能量采集器的重量，降低對(duì)入射聲波的影響，從而能夠?qū)崿F(xiàn)有效和高效的能量收集。南京郵電大學(xué)Yannan Xie課題組提出了一種3D打印的聲學(xué)摩擦電納米發(fā)電機(jī)(A – TENG)，具有結(jié)構(gòu)可控性、一次性成型、易于制造和成本低的特點(diǎn)。

課題組研究了基于A – TENG的四分之一波長(zhǎng)的聲波諧振器系統(tǒng)對(duì)聲能的高性能捕獲。該系統(tǒng)能夠在100 dB聲壓級(jí)激勵(lì)下產(chǎn)生4.33 mW的功率輸出?？梢灾苯雍瓦B續(xù)地驅(qū)動(dòng)72個(gè)LED燈和一個(gè)商用計(jì)算器，表明其作為電子設(shè)備電源的應(yīng)用。最后，該工作開(kāi)發(fā)了一個(gè)由人工智能語(yǔ)音識(shí)別芯片，A-TENG和控制電路組成的自供電邊緣感知系統(tǒng)。自供電的邊緣傳感系統(tǒng)可以在不需要云計(jì)算的情況下實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)語(yǔ)音識(shí)別，在低功耗、低成本的智能物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。

圖1：聲能捕獲系統(tǒng), A-TENG 示意圖及波長(zhǎng)管中聲壓和顆粒速度分布模擬。

圖2：A-TENG裝置的工作機(jī)理。

圖3：聲能收集系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置照片及輸出性能。

圖4：A-TENG作為電子設(shè)備電源的應(yīng)用：可驅(qū)動(dòng)LED燈和商用計(jì)算器。

圖5：實(shí)時(shí)語(yǔ)音識(shí)別的自供電邊緣傳感系統(tǒng)應(yīng)用展示。

該工作提出了一種具有結(jié)構(gòu)可控性、一次性成型、制作簡(jiǎn)單、成本低等特點(diǎn)的3D打印A-TENG。開(kāi)發(fā)并仔細(xì)研究了一個(gè)四分之一波長(zhǎng)的聲諧振器系統(tǒng)與A- TENG相結(jié)合，用于高性能的聲能捕獲。

此外，還開(kāi)發(fā)了一種基于A-TENG的自供電語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)，該自供電系統(tǒng)可以在不需要云計(jì)算的情況下應(yīng)用于實(shí)時(shí)語(yǔ)音識(shí)別，是一種低功耗、低成本的智能邊緣感知技術(shù)。但該工作對(duì)于器件優(yōu)化及穩(wěn)定性探究較少，需要更多研究。

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