一种能量聚焦的灵活和轻量级的声学元材料,用于增强超声波功率传输

科学领域:

• 生物医学工程 生物医学工程
• 材料科学 材料科学 材料科学
• 声学工程 声学工程

背景情况:

• 医疗植入物的无线充电对于设备的寿命和患者护理至关重要.
• 目前使用硫酸 (PZT) 的超声波能量收割器是重和重的,限制了医疗应用.
• 需要用于植入器件的轻量级,高效的超声波能量采集解决方案.

研究的目的:

• 开发一种超材料增强超声波能量收获器 (Meta-UEH),以改善无线电力传输到医疗植入物.
• 研究将被动元材料与PZT晶体集成的潜力,以增强超声波能量采集.
• 为了证明一个灵活,轻量化和高效的能源采集系统的可行性,用于医疗应用.

主要方法:

• 一种局部共振元材料与一个小的PZT晶体的集成.
• 在各种条件下对Meta-UEH性能进行实验和基于模拟的分析.
• 研究传感器和元材料之间的静电波形成,以增强超声波能量度.

主要成果:

• 与没有元材料的系统相比,Meta-UEH显示收获的电力显著增加,超过350%.
• 超材料组件灵活轻便,解决了传统PZT收割机的局限性.
• 即使在反响和设备变形下,也观察到提高了收获效率.

结论:

• 超级材料增强的超声波能量采集器为可植入医疗器械的高效无线充电提供了一个有前途的解决方案.
• 开发的技术是可扩展的,轻量级的,并且由于其被动和灵活的性质,适合医疗应用.
• 超材料增强的基本原理适用于其他超声转换成电的方法,包括压电和 triboelectric 纳米发电机.