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500万彩票网-首页科研團隊在聲波能量收集研究方面取得重要進展

发布时间:2019-11-15 17:27:39 发布人:杨耐寒  审核人:李天镇

声波是我们周围能量的一种重要形式,它广泛存在于环境中。但由于其能量密度低,聲波能量是一种普遍却被废弃的能源。因此,对聲波能量进行收集与利用成为科學研究的重要课题。在聲波能量收集领域,研究人员通常使用能源材料和传统的声波结构来追求高能量输出与宽响应频带,然而仍然缺乏成熟的理论与有效的技术手段。

近日,輪機工程學院徐敏義教授課題組與佐治亞理工學院、中科院北京納米能源與系統研究所王中林院士合作,在聲波能量收集領域取得重要進展,提出了一種基于摩擦納米發電機的聲能高效收集新方法。這種方法創新性地使用雙管亥姆赫茲共振腔結構提高聲波能量收集效果。同時,該研究將摩擦電納米發電機理論與聲學傳播理論相結合,解釋了聲學結構,聲波力學條件和薄膜張力對能量收集器的影響,爲提高聲波能量收集器輸出性能和拓寬響應頻帶提供了理論指導。此研究還綜合比較了電磁,壓電和摩擦電納米發電機在不同聲學條件下的輸出性能,結果表明該研究提出的新型摩擦納米發電機最高可産生1.23 V 單位面積的聲學靈敏度1.82 W 單位聲壓的功率密度),這比以往文獻報道的最好結果分別提高了60%20%。研究工作为实现聲波能量高效收集开拓了新方向,亦在物联网节点能量供给、自驱动声波传感等领域具有潜在应用价值。

相關研究成果以Dual-tube Helmholtz resonator-based triboelectric nanogenerator for highly efficient harvesting of acoustic energy”(基于双管亥姆霍兹共振腔摩擦納米發電機的声能高效采集)为题,于20191115日在Advanced Energy Materials(《先進能源材料》)(影響因子24.88)上在線發表。論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.201902824500万彩票网-首页爲該論文的第一完成單位,輪機工程學院2018級碩士研究生趙洪發、助理教授肖秀爲論文共同第一作者,輪機工程學院徐敏義教授與佐治亞理工學院王中林院士爲共同通訊作者,廣東海洋大學潘新祥教授,北京大學米建春教授,500万彩票网-首页輪機工程學院副教授宋立國、研究生趙天聰、徐鵬參與了本課題的研究。該研究獲得國家自然科學基金項目(518790225197904551906029),中央高校基本科研業務費(3132019037313201919731320191963132019331),大連青年科技之星項目(2018RQ12)等資助。

1 不同类型亥姆霍兹共振腔摩擦納米發電機的几何结构、输出特性、传输损失对比实验与理论分析。

圖2 基于双管亥姆霍兹共振腔摩擦納米發電機的声能高效采集与声波传感演示实验