該裝置能從機(jī)械振動(dòng)和磁場(chǎng)中收集環(huán)境中的能量，以持續(xù)為像無線傳感器和心臟起搏器這類的設(shè)備供應(yīng)電力，將有望取代一些低功率電子設(shè)備內(nèi)電池的存在。

 

 

圖丨混合能量收集裝置，內(nèi)有由磁致伸縮或壓電層材料制成的懸臂，能同時(shí)收集機(jī)械能和磁能

 

      隨著科技的發(fā)展，近年來，能量收集已成為低功率電子設(shè)備的一種無電池設(shè)計(jì)方向。相比壽命有限且必須定期更換或充電的電池來說，直接的能量收集設(shè)備能夠延長(zhǎng)電子設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行的時(shí)間。但實(shí)現(xiàn)能量采集器的一大挑戰(zhàn)便是如何為電子設(shè)備產(chǎn)生足夠的電力，其中，設(shè)法使設(shè)備能同時(shí)收集多種能量是增大供電功率的途徑之一。舉例來說，雖然有各種裝置可以收集機(jī)械能或磁能（這兩種能量常在工業(yè)生產(chǎn)中同時(shí)出現(xiàn)），但是很少有裝置可以同時(shí)收集這兩種能量。

 

      在這篇新的論文中，研究人員從理論上展示了機(jī)械能與磁能存在的一種“相互”關(guān)系，用實(shí)驗(yàn)證明了由磁致伸縮（magnetostrictive）或壓電層（pieozoelectric laminate）材料制成的懸臂會(huì)因磁場(chǎng)和振動(dòng)而移動(dòng)，進(jìn)而論證了機(jī)械能和磁能的結(jié)合使用能使能量收集裝置的輸出功率得到進(jìn)一步的提升。

 

      褚福磊說：“眾所周知，實(shí)現(xiàn)能量采集器的研究已經(jīng)進(jìn)行了數(shù)十年，這期間產(chǎn)生了很多有趣的設(shè)計(jì)，但每種設(shè)計(jì)都存在著一定的缺陷，不能達(dá)到某些特定的要求。因此，突破能量收集器的能量單一性尤為重要。”

 

      在研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)收集裝置的輸出功率取決于環(huán)境中機(jī)械能和磁能的變化的頻率。如果頻率相同，它們之間的相位差會(huì)直接影響輸出電壓。而如果頻率不同，該相位差則對(duì)輸出電壓幾乎沒有影響。事實(shí)上，混合兩種能量所輸出的電壓也不再是簡(jiǎn)單的正弦波模式了。結(jié)合這些理論基礎(chǔ)，研究人員在論文中通過實(shí)驗(yàn)展示了提升混合型能量收集設(shè)備的能量容量，可靠性和輸出功率上限的具體方法。

 

      褚福磊說：“我們計(jì)劃在未來對(duì)能量收集器進(jìn)行更深入的研究。除了本次涉及到的機(jī)械能和磁能，風(fēng)能、潮汐能以及更多方面的智能材料應(yīng)用，將是我們未來的研究重點(diǎn)。”