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高性能PZT基可拉伸压电纳米发电机
摘要： 可拉伸压电纳米发电机（SPNG）是柔性电子器件供能的理想选择。压电复合材料是目前实现压电纳米发电机可拉伸性的最有效策略，但由于压电相比例较低，其输出性能往往不尽如人意。本研究展示了一种高性能的Pb(Zr0.52Ti0.48)O3（PZT）基可拉伸压电纳米发电机（HSPG）。该HSPG展现出卓越的输出性能，功率密度达到约81.25μW/cm3，比已有报道结果高出数十倍。我们采用混合技术（而非传统搅拌工艺）将PZT颗粒掺入固态硅橡胶中，从而显著改善了填料在基体中的分布均匀性，使填料组成比例得以提高。该复合材料的PZT比例可提升至92wt%，同时保持30%的满意拉伸性?；谟乓斓牡缪Ш土ρ阅?，该HSPG可通过多种变形模式附着于人体以收集生物动能，所获能量既可用于驱动商用电子设备，也可存储至电容器中。因此，本HSPG在柔性电子器件供电领域具有重要应用潜力。
关键词： 能量收集，PZT，压电复合材料，可拉伸纳米发电机
更新于2025-11-21 11:18:25
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通过可控纳米线分散制备具有高压电电压系数的定制化纳米复合能量收集器
摘要： 由压电纳米材料分散于柔性聚合物中构成的复合材料，已成为极具前景的高耐久性柔性能量收集器与传感器材料。虽然块体压电材料具有较高的机电耦合系数并能高效转换机械能为电能，但其陶瓷形态断裂韧性较低，导致加工困难和难以贴合曲面等问题限制了特定应用。近年来发展的直写等增材制造工艺，能将压电纳米线可控定向排列于聚合物基体中实现印刷压电器件?；谀擅赘春喜牧系亩嘞嘟峁固匦裕赏ü骺夭牧辖峁故迪盅沟珩詈闲阅苡虢榈缧阅艿亩懒⒌骺?。本文建立了经实验验证的有限元（FE）和细观力学模型，用于计算和优化纳米复合材料的压电电压系数g31。研究表明：采用高长径比且定向排列的纳米线，可使压电耦合性能相对介电常数不成比例地提升，从而使g31系数较块体压电材料提高七倍以上。此外，能量收集器中使用高长径比纳米线可显著提升其输出电功率。
关键词： 能量收集、纳米线、有限元建模（FEM）、电压系数、压电、Mori-Tanaka方法、直写技术、纳米复合材料
更新于2025-11-14 17:28:48
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一种宽温域不敏感的压电陶瓷用于高温能量收集
摘要： 高温能量收集（HTEH）技术发展的关键挑战之一，在于阐明材料参数的温度依赖性与器件发电能力之间的关系。然而目前，压电陶瓷的温度稳定性研究主要依赖热退火技术，该方法既无法反映压电性能的实际温度依赖性，更难以预测HTEH的温度稳定性。为阐明该领域，本研究选用(1-x)BiScO3-xPbTiO3体系构建HTEH材料，通过多种原位技术测量了d33、εr和g33等温度相关电学参数。研究发现d33与εr随温度的协同效应有助于在宽温域内获得稳定的g33值。此外，在悬臂梁式能量收集器模式下，当x=0.64时收集器在100-250℃宽温域内输出电压波动小于20%，证实g33的温度稳定性对HTEH器件运行稳定性至关重要。
关键词： 原位技术、压电材料/性能、能量收集、热性能
更新于2025-11-14 17:28:48
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一种用于射频能量收集系统的双频高效圆极化整流天线
摘要： 本文提出一种用于射频能量收集系统的多层圆极化（CP）双频堆叠缝隙/开槽贴片天线及紧凑型整流器。该紧凑双频CP天线通过将开缝圆形贴片（SCP）堆叠在锥形缝隙八边形贴片（TSOP）上方的基板实现小型化。通过在TSOP上堆叠SCP并采用金属过孔连接微带馈线与SCP实现双频圆极化辐射。沿TSOP八边形方向对称嵌入长度差为6.25%的八个锥形缝隙（从贴片中心向外延伸），并在SCP对角轴线上设置两个不等径圆形开槽，从而产生幅度近似相等的双正交模式以实现圆极化波。实测该天线在0.908-0.922 GHz频段增益大于5.2 dBic（峰值5.41 dBic@0.918 GHz），在2.35-2.50 GHz频段增益大于6.14 dBic（峰值7.94 dBic@2.485 GHz），整体体积仅为0.36λo×0.36λo×0.026λo（λo为0.9 GHz自由空间波长）。同时设计、制作并测试了工作于0.9/2.45 GHz双频段的紧凑型复合左右手（CRLH）整流器：其右手传输线（TL）部分由微带线构成，左手传输线部分由集总元件构成。实测整流效率在0.9 GHz达43%，2.45 GHz达39%，对应整流器尺寸为0.18λo×0.075λo×0.0002λo（0.9 GHz频段）。
关键词： 开槽贴片、堆叠天线、能量收集、整流天线、整流器、圆极化、双频
更新于2025-09-23 15:23:52
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碳纤维复合结构上压电宏观纤维复合材料的机电耦合振动有限元模型
摘要： 本文采用商业有限元软件COMSOL建立了有限元模型，用于模拟压电振动能量收集（PVEH）的多物理过程，涉及碳纤维复合结构上压电宏观纤维复合材料（MFC）的动态力学与电学行为。MFC的集成实现了能量收集、传感和驱动功能，在航空航天、汽车和可再生能源领域具有应用价值。现有文献中关于PVEH动态响应与实际振动数据关联的建模存在空白，多数模拟要么是几何非特异性的半解析MATLAB模型，要么是仅限于正弦分析的基础有限元模拟。然而，使用代表性环境振动数据对预测工业开发中的实际行为至关重要。该有限元模型结合了涉及固体力学和静电学的压电器件物理特性，并定义了电路系统。通过插值振动数据文件对结构进行动态激励，同时分别定义MFC和碳纤维复合材料的正交各向异性材料属性以确保精度。仿真结果与实验验证偏差小于10%，为所提出的多物理场有限元模型在设计优化PVEH智能复合结构方面提供了可靠性依据。
关键词： 能量收集、多物理场、有限元、碳纤维增强塑料、压电纤维复合材料、COMSOL
更新于2025-09-23 15:23:52
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通过成分调制相变增强(Pb1-1.5La)(Zr0.86Ti0.14)O3陶瓷的热释电性能
摘要： 目前，迫切需要具有卓越综合性能的热释电材料，以广泛应用于探测器和能量收集器领域。本研究采用传统固相反应法，设计并合成了位于铁电-反铁电（FE-AFE）相边界的(Pb1-1.5xLax)(Zr0.86Ti0.14)O3（简称PLZT，x=0.02、0.03、0.04和0.05）陶瓷。系统研究了不同镧含量PLZT陶瓷的微观结构、相结构、介电性能、铁电性能、热退极化特性及热释电性能。XRD结果表明，随着镧含量增加，PLZT陶瓷从铁电相转变为反铁电相。由于外加电场下亚稳态铁电相的增加，PLZT陶瓷的热释电系数和优值（FOMs）随镧含量提高而显著改善。(Pb0.955La0.03)(Zr0.86Ti0.14)O3（x=0.03）陶瓷不仅展现出高热释电系数和高退极化温度（Td=179℃），还具有优异的优值（Fi=、Fv=、Fd=3475 Pa?1）。此外，(Pb0.94La0.04)(Zr0.86Ti0.14)O3（x=0.04）陶瓷实现了最高的热释电系数。这些结果表明x=0.03和0.04的PLZT陶瓷是极具潜力的热释电应用候选材料。
关键词： 铁电/反铁电材料、能量收集、(Pb,La)(Zr,Ti)O3陶瓷、热释电性能
更新于2025-09-23 15:23:52
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具有时间切换架构的能量收集接收器的在线策略
摘要： 在现实世界中，几乎不可能非因果地预知未来事件。假设已知未来能量到达的能源收集（EH）系统研究在实际应用中效用不足，这表明需要在线策略。此外，EH发射端与接收端的建模分析存在本质差异，相比EH发射端，EH接收端受到的关注较少。本文针对采用时分架构、从专用发射源及其他信源获取能量的EH接收端，建立马尔可夫决策过程问题并进行在线优化，以最大化解码比特数。我们同时考虑无限时域与有限时域场景：对于无限时域，给出平均期望奖励的上界，并找到能无限逼近该上界的最优策略；对于有限时域，首先通过标准逆向归纳法结合空间量化得到一种策略——随着量化区间数量增加，其性能可接近最优在线性能（但计算复杂度较高）；随后通过谨慎限制状态空间，提出一种计算高效且性能较优的策略。
关键词： 无限时域、马尔可夫决策过程、能量收集、在线优化、有限时域
更新于2025-09-23 15:23:52
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金属-绝缘体-金属二极管：一种适用于整流天线应用的高频潜在整流器
摘要： 金属-绝缘体-金属（MIM）二极管是高频应用领域最具前景的候选器件之一?；谒泶┲鞯嫉牡缌鞔蓟?，其可实现飞秒级超快开关速度，因此在诸多潜在高速应用中（尤其是整流天线能量收集系统中的整流器）引发了广泛研究关注。自20世纪60年代初问世以来，针对整流天线应用的MIM二极管在设计、制造和表征等各方面均取得显著进展。本研究从整流天线应用角度出发，重点分析了MIM二极管在设计与制造方面的技术进步及未来挑战。此外，本文还报道了基于石墨烯（Gr）的Al/AlOx/Gr MIM二极管的制备与表征结果，该器件展现出高度非对称的电流-电压特性，具有大电流密度和良好非线性度——在1V偏压下获得超过2500的非对称比及高达1 A/cm2的对应电流密度，峰值非线性度达3.8，零偏压电阻低至600 Ω。这些性能指标完全满足整流操作需求，因此所制备的Al/AlOx/Gr MIM二极管有望成为整流天线中极具潜力的整流元件。
关键词： MIM二极管、太赫兹、能量收集、隧穿
更新于2025-09-23 15:23:52
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通过静电纺丝调控PMMA纤维表面电位以增强摩擦电性能
摘要： 摩擦纳米发电机依靠具有不同电子亲和力的材料间接触产生的表面电荷转移来将机械能转化为可用电能。因此，调控聚合物材料的表面化学特性可显著提升摩擦发电性能。聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）是一种常用于医疗领域的生物相容性聚合物，但根据经验性材料电子施受倾向排序的摩擦电序中，其处于中间位置的特性使其不适用于摩擦纳米发电机。本研究证明：通过调控电纺制备过程中施加电压的极性，可定制化改变电纺PMMA纤维的表面电位，从而相比传统旋涂PMMA薄膜显著提升其摩擦发电性能。利用X射线光电子能谱验证了电纺PMMA纤维表面化学特性的变化，并通过开尔文探针力显微镜观测到该变化与表面电位改变直接相关。实验证实了电纺PMMA纤维摩擦发电能量采集能力的增强，表明这种表面电位调控方法也可更广泛地应用于其他材料以提升摩擦发电性能。
关键词： 能量收集、摩擦发电机、表面化学、开尔文探针力显微镜、静电纺丝、聚甲基丙烯酸甲酯
更新于2025-09-23 15:23:52
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通过静电纺丝制备PAN/ZnO纳米纤维作为压电纳米发电机
摘要： 压电纳米发电机是一种将机械能转化为电能的材料。本研究旨在探究不锈钢基底上PAN/ZnO纳米纤维层的压电纳米发电机特性。实验采用共沉淀法合成了ZnO纳米颗粒，并将其与溶解于DMF的PAN混合，通过静电纺丝法在不锈钢基底上制备PAN-ZnO纳米纤维。利用XRD、SEM和FTIR对形成的PAN/ZnO纳米纤维进行表征。为测试压电性能，将PAN/ZnO纳米纤维与PAN纳米纤维复合后涂覆在不锈钢基底上制成压电纳米发电机器件，连接静电计和示波器测量弯曲产生的电流电压值。XRD结果显示ZnO纳米颗粒具有纤锌矿晶体结构，粒径约46纳米，而PAN/ZnO呈非晶态结构。压电性能测试表明该器件开路电压达7.22伏，短路电流为47.48微安。不锈钢基底上的PAN/ZnO纳米纤维有望成为通用型压电纳米发电机材料。
关键词： 静电纺丝、PAN/ZnO纳米纤维、能量收集、压电纳米发电机
更新于2025-09-23 15:23:52