在行走过程中从脚曲中收集能量,使用灵活的CdS和PVDF传感器

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 生物医学工程 生物医学工程
• 收集能源 收集能源

背景情况:

• 可穿戴式能源采集系统旨在为小型电子设备提供动力.
• 压电材料将机械应力转化为电能.
• 步行期间的脚运动是生物力学能量收集的潜在来源.

研究的目的:

• 为了研究和比较步行过程中脚曲和脚跟撞击的能量收获.
• 为了评估实验室制造的硫化物 (CdS) 压电薄膜与商用聚乙烯化物 (PVDF) 薄膜的性能.
• 测量在脚跟和脚骨关节的子中集成的压电薄膜产生的能量.

主要方法:

• 两种压电薄膜,PVDF和CdS,被纳入了10名健康志愿者穿的子中.
• 志愿者在跑步机上以每小时1.2-1.5公里的速度行走.
• 在PVDF和CdS膜中测量了来自脚跟撞击和脚 (骨关节) 曲的能量.

主要成果:

• 制造的CdS薄膜呈现出高的d33系数,即1.4928 nm/V.
• 骨关节产生了最高的能量:11.359μJ (PVDF) 和0.854μJ (CdS).
• 从脚屈曲中收集能量,与单独的跟对地面冲击相比,增加了超过700%的总能量产生.

结论:

• 脚的曲是步行过程中能量收集的重要因素.
• 虽然CdS薄膜产生的能量比PVDF少,但它的制造表明了内部压电能收获的潜力.
• 将压电薄膜集成到骨架关节,可以大大提高行走时的能量收集效率.