研究一种基于四分之一波长共振器的优化三电纳米发电机,用于高效的低频声能收获

科学领域:

• 收集能源 收集能源
• 材料科学 材料科学 材料科学
• 声学 声学 在声学方面

背景情况:

• 低频声波在海洋和工业环境中普遍存在.
• 收集声能为物联网 (IoT) 设备提供可持续的电源.
• 现有的声能收割机往往具有有限的带宽.

研究的目的:

• 提出和研究一种新的声学 triboelectric 纳米发电机 (QWR-TENG) 进行高效的低频声能收获.
• 为了提高声电转换带宽和输出性能.
• 为了展示开发的纳米发电机在实际应用中的潜力,例如为分布式传感器节点提供动力.

主要方法:

• 设计和制造基于四分之一波长共振管的 triboelectric 纳米发电机 (QWR-TENG),采用穿孔膜,FEP 膜和碳纳米管涂层.
• 利用模拟和实验研究来分析设备的性能.
• 引入了一个圆形的能量度器来设计一个复合QWR-TENG (CQWR-TENG) 以进一步提高性能.

主要成果:

• QWR-TENG在低频范围内显示了两个共振峰值,扩大了响应带宽.
• 优化的QWR-TENG实现了255V的最大输出电压,67μA的短路电流,并在90Hz和100dB时传输153nC的电荷.
• CQWR-TENG的最大输出功率为13.47 mW,功率密度为2.27 WPa-1m-2.2.
• 证明了有效的电容器充电能力.

结论:

• 开发的QWR-TENG和CQWR-TENG是收集低频声能量的有效设备.
• 纳米发电机显示出自动供电物联网分布式传感器节点和其他小型电子设备的巨大潜力.
• 一个共振管和 triboelectric 效应的整合提供了一个可行的途径,以高效的声能转换.