3D打印-聲學能采集的摩擦納米發電機

魔猴君  行業資訊   1022天前

在我們的生活環境中，低頻聲波以縱波傳播，不容易被吸收或隔離。然而，如果采用適當的原理，如壓電和電磁方法，可以收集低頻聲波并轉換成電能，為電子設備提供電力。對于壓電器件，通常采用高壓電系數的陶瓷。但它們相對較大的楊氏模量會導致聲阻抗與氣流不匹配。此外，固體陶瓷材料將反射大部分入射聲能，使輸出性能下降。對于電磁方式，通常需要線圈、磁鐵等笨重的部件，不利于能量采集器輕量化，小型化。

相比之下，摩擦納米發電機由于器件中摩擦電薄膜的柔軟和靈活特性，可以顯著減輕能量采集器的重量，降低對入射聲波的影響，從而能夠實現有效和高效的能量收集。南京郵電大學Yannan Xie課題組提出了一種3D打印的聲學摩擦電納米發電機(A – TENG)，具有結構可控性、一次性成型、易于制造和成本低的特點。

課題組研究了基于A – TENG的四分之一波長的聲波諧振器系統對聲能的高性能捕獲。該系統能夠在100 dB聲壓級激勵下產生4.33 mW的功率輸出。可以直接和連續地驅動72個LED燈和一個商用計算器，表明其作為電子設備電源的應用。最后，該工作開發了一個由人工智能語音識別芯片，A-TENG和控制電路組成的自供電邊緣感知系統。自供電的邊緣傳感系統可以在不需要云計算的情況下實現實時語音識別，在低功耗、低成本的智能物聯網領域展現出巨大潛力。

圖1：聲能捕獲系統, A-TENG 示意圖及波長管中聲壓和顆粒速度分布模擬。

圖2：A-TENG裝置的工作機理。

圖3：聲能收集系統實驗測量裝置照片及輸出性能。

圖4：A-TENG作為電子設備電源的應用：可驅動LED燈和商用計算器。

圖5：實時語音識別的自供電邊緣傳感系統應用展示。

該工作提出了一種具有結構可控性、一次性成型、制作簡單、成本低等特點的3D打印A-TENG。開發并仔細研究了一個四分之一波長的聲諧振器系統與A- TENG相結合，用于高性能的聲能捕獲。

此外，還開發了一種基于A-TENG的自供電語音識別系統，該自供電系統可以在不需要云計算的情況下應用于實時語音識別，是一種低功耗、低成本的智能邊緣感知技術。但該工作對于器件優化及穩定性探究較少，需要更多研究。

來源：https://www.3ddayin.net/xinwenpindao/shendujiedu/41639.html