基于挠曲电效应的环境振动能量收集微纳米复合阵列研究

环境振动能量收集为迅速发展的低能耗电子产品提供了长期无更换的能量供给，且不存在环境污染和废物排放的问题。目前常规压电式能量收集的转换效率较低，对环境振动方向敏感。微尺度下挠曲电效应使压电转换效率提高，但复合多层介质机理及与压电效应耦合等问题尚待研究。本项目拟开展基于挠曲电效应的微纳米三层同轴圆柱复合压电纤维阵列化研究，包括微尺度环状梯度功能材料的挠曲电效应；电极-压电-电极同轴圆柱状微米复合纤维的结构设计及其机电特性研究；复合纤维阵列动态特性的一致性研究；微纳米结合的三层复合结构的工艺研究；最终研制出收集环境振动能量的微纳米复合纤维阵列。通过本项目的研究，揭示微尺度下环状梯度功能结构的挠曲电效应机电转换机理，研制含导电芯的复合纤维阵列，改善纤维的机械特性，提高环境振动能量收集效率。本项目的研究为低能耗电子产品提供长期无更换的能源奠定理论与应用基础。

环境振动能量收集为迅速发展的低能耗电子产品提供了长期无更换的能量供给。目前常规压电式能量收集的转换效率较低，对环境振动方向敏感。本项目研究了纳米尺度下的挠曲电效应和微纳米阵列的优化设计和集成，提高了等效压电转换效率。本项目从理论分析和工艺两方面研究了基于挠曲电效应的微纳米三层同轴圆柱复合压电纤维阵列化和转换电路，具体内容包括微尺度环状梯度功能材料的挠曲电效应；电极-压电-电极同轴圆柱状微米复合纤维的结构设计及其机电特性研究；复合纤维阵列动态特性的一致性研究；微纳米结合的三层复合结构的工艺研究；微纳米压电阵列与电容的集成研究以及转换电路的效率研究。通过本项目的研究，建立了等效转换系数和材料参数与结构参数之间的关系，优化了单根纤维的结构设计，集成化了压电阵列、电容和转换电路，优化设计了并联同步切换转换电路，提高了转换效率。研究结果为低能耗电子产品提供长期无更换的能源奠定理论与应用基础。