3D打印负泊松比结构:革新压电能量收集与传感技术

2025-01-23 20:18:56
劲顶机械
左丘孟素

基于3D打印负泊松比结构的压电能量收集和传感

随着便携式电子系统对可持续能源的需求不断增长,研究人员正在寻找新的解决方案。
压电聚合物薄膜因其柔韧性、压电性和稳定性而被认为是制造压电纳米发电机(PENG)的理想材料,但它们通常仅限于基于 3-3 方向的压力模式能量收集。
新加坡南洋理工大学和耶路撒冷希伯来大学的研究团队在《先进能源材料》上发表了一项突破性成果。
他们通过 3D 打印负泊松比结构彻底改变了 PENG 的设计,使其能够从弯曲变形中获取能量并实现。
3-1方向压电效应使输出电压提高8.3倍。
负泊松比结构的同变效应首次应用于柔性能量收集装置,使薄膜弯曲成为一种有价值的能源。
研究小组在人体关节和软机器人手指上测试了这种结构辅助 PENG,证实了其运动传感和监控能力。
负泊松比结构通过控制弯曲过程中 PENG 的面内拉伸,实现了前所未有的能量收集,超越了传统压电聚合物薄膜的限制。
实验结果表明,负泊松比结构显着提高了PENG在弯曲模式下的能量收集效率,并且输出电压与弯曲位移和曲率具有可预测的关系,这显示了其作为传感器的潜力。
此外,该研究还探讨了结构尺寸对能量收集的影响,并展示了拉胀-PENG在实际应用中的多种可能性,例如自供电生理监测传感器和柔性机器人传感器。
总体而言,本研究通过3D打印技术开发了高性能压电纳米发电机和传感器,结合负泊松比结构,不仅提高了能量收集效率,而且提供了个性化和优化的设计。
作为微纳3D打印领域的领导者,魔方精密凭借先进的技术,为复杂结构及相关领域的微加工提供有力支撑。

简述水力发电原理

当水的重力势能转化为动能时,水被迫进入涡轮,涡轮开始旋转。
如果我们将发电机连接到涡轮机上,发电机就可以开始发电。
如果我们提高水位来冲洗涡轮机,我们可能会发现涡轮机速度增加。
因此可见,水位差越大,水轮机获得的动能越大,能够转换的电能也越大。
这就是水力发电的基本原理。
能量转换过程为:上游水的重力势能转换为水流的动能,当水流经过水轮机时,动能传递给汽轮机转动发电机,将水流转化为水流的动能。
动能转化为电能。
因此,它是将机械能转化为电能的过程。
由于水电站的自然条件不同,水电机组的容量和转速差异很大。
一般冲击式涡轮驱动的小型氢气发生器和高速氢气发生器多采用卧式结构,而大中型速度发生器多采用立式结构。
由于大多数水电站距离城市较远,通常需要通过较长的输电线路向负载供电,因此电力系统对水电机组的运行稳定性提出了很高的要求。
持有:电机参数需要仔细选择;所需转动惯量较大。
因此,氢气发生器的性质与汽轮发电机不同。
其转子直径大,长度小。
水轮发电机组启动并网时间短,运行调度灵活,除正常发电外,特别适合作为调峰机组和应急备用机组。

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