将软介质复合材料集成到悬臂梁中进行机械能收集,比较电容和摩擦电换能器

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 16:35
文章英文标题
Integration of a soft dielectric composite into a cantilever beam for mechanical energy harvesting, comparison between capacitive and triboelectric transducers
正文
通过静电作用获取机械能的柔性电介质是可穿戴电子或自主传感器的理想电源。介绍了一种软介质复合材料(聚二甲基硅氧烷PDMS -炭黑CB )在两种机械能收集器中的集成。两者都基于类似的悬臂梁,但工作原理不同:可变电容和摩擦电。我们表明,在没有外加偏置的情况下,在40  Hz,3.9g的正弦加速度下,摩擦电束收获的净密度功率为0.3μW / cm2 \\ Document class [ 12pt ] {极小} \\ use Package { amsmath } \\ use Package { isysym } \\ use Package { amsfonts } \\ use { ams symb } \\ use { amsbsy } \\ use Package { Mathrsfs } \\ use Package { upgreek } \\ set length { \\奇边缘性} { -69pt } \\ start { Document } $$\\upmu \\mathrm{W}/{\\mathrm{cm}}^{2}$$ \\ end { Document }。在一个可变的电容配置中,需要一个0.15V / μm \\ Document class [ 12pt ] {极小} \\ use Package { amsmath } \\ use Package { isysym } \\ use Package { amsfonts } \\ use class [ 12pt ] { amsbsy } \\ use Package { Mathrsfs } \\ use Package { upgreek } \\ set length { \\奇边缘性} { -69pt } \\ start { Document } $$\\mathrm{V}/\\upmu \\mathrm{m}$$ \\ end { Document }在相同的工作条件下得到相同的能量收集性能。由于可变电容的捕获性能是二次依赖外加偏压的,增大偏压可以使系统比摩擦电系统更高效地捕获能量。目前的研究结果使得CB / PDMS复合材料有望用于自主便携式多功能系统和智能传感器。
文章内容(英文)
Flexible dielectrics that harvest mechanical energy via electrostatic effects are excellent candidates as power sources for wearable electronics or autonomous sensors. The integration of a soft dielectric composite (polydimethylsiloxane PDMS-carbon black CB) into two mechanical energy harvesters is here presented. Both are based on a similar cantilever beam but work on different harvesting principles: variable capacitor and triboelectricity. We show that without an external bias the triboelectric beam harvests a net density power of 0.3 μW/cm2\\documentclass[12pt]{minimal}\t\t\t\t\\usepackage{amsmath}\t\t\t\t\\usepackage{wasysym}\t\t\t\t\\usepackage{amsfonts}\t\t\t\t\\usepackage{amssymb}\t\t\t\t\\usepackage{amsbsy}\t\t\t\t\\usepackage{mathrsfs}\t\t\t\t\\usepackage{upgreek}\t\t\t\t\\setlength{\\oddsidemargin}{-69pt}\t\t\t\t\\begin{document}$$\\upmu \\mathrm{W}/{\\mathrm{cm}}^{2}$$\\end{document} under a sinusoidal acceleration of 3.9g at 40 Hz. In a variable capacitor configuration, a bias of 0.15 V/μm\\documentclass[12pt]{minimal}\t\t\t\t\\usepackage{amsmath}\t\t\t\t\\usepackage{wasysym}\t\t\t\t\\usepackage{amsfonts}\t\t\t\t\\usepackage{amssymb}\t\t\t\t\\usepackage{amsbsy}\t\t\t\t\\usepackage{mathrsfs}\t\t\t\t\\usepackage{upgreek}\t\t\t\t\\setlength{\\oddsidemargin}{-69pt}\t\t\t\t\\begin{document}$$\\mathrm{V}/\\upmu \\mathrm{m}$$\\end{document} is required to get the same energy harvesting performance under the same working conditions. As variable capacitors’ harvesting performance are quadratically dependent on the applied bias, increasing the bias allows the system to harvest energy much more efficiently than the triboelectric one. The present results make CB/PDMS composites promising for autonomous portable multifunctional systems and intelligent sensors.
来源出处
Journal|[J]Scientific ReportsVolume 10, Issue 1. 2020.
DOI
https://doi.org/10.1038/s41598-020-77581-2

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