南科大深港微电子学院王敏团队在压电能量收集器方面取得新进展

2022-01-23 科研聚焦 浏览量：17690

近日，南方科技大学深港微电子学院助理教授王敏团队在能量收集器性能优化研究方面取得进展，相关成果以“Influence of effective electrode coverage on the energy harvesting performance of piezoelectric cantilevers”为题发表在高水平期刊《能量转换与管理》（Energy Conversion and Management）上。

悬臂梁式压电振动能量收集器由于功率密度高、结构简单、易于集成，而且在微弱的激励下就能获得较大的应变，是能量收集领域多年来的研究热点。但由于悬臂梁上应力应变分布不均匀，不同压电单元之间并联工作反而会降低整体平均应变，进而影响输出性能，因此，合理的电极设计对获得最佳输出性能至关重要。

图 可变电极压电悬臂梁的结构模型和输出功率特性

研究建立了非线性可变电极压电梁在简谐基座激励下受迫振动的双向耦合分布参数理论模型，基于谐波平衡法给出了非线性模型的数值求解方法，得到了压电悬臂梁能量收集器的最大输出功率、耦合强度和电极覆盖率三者之间的关系，给出了基于耦合强度分析的压电悬臂梁电极覆盖率优化设计方法。研究结果表明，对于整体耦合较弱的系统，存在唯一优选的电极覆盖率让系统获得最大输出功率；而对于整体耦合较强的系统，优选的电极覆盖率是高于临界电极覆盖率的一个较宽的范围。研究结果对于指导压电悬臂梁的设计具有重要意义。

论文第一作者为王敏课题组南科大-哈工大联合培养博士研究生胡锟，王敏课题组周斌参与了该工作，王敏助理教授为论文通讯作者。合作者包括香港城市大学的杨征保助理教授和南科大汪飞副教授。该研究得到了深圳市南山区“5G前沿”项目的大力支持。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0196890421009341 

https://doi.org/10.1016/j.enconman.2021.114758