压电能量收集可从振动、物体和身体的运动、撞击事件和流体流动等多种来源捕获机械能,以产生电能。这种能量可用于支持无线通信、电子元件、海洋监测、组织工程和生物医学设备。已经生产了各种自供电压电传感器、换能器和执行器用于这些应用,但是,增强材料压电性能以提高设备性能的方法仍然是材料研究的一个具有挑战性的前沿。在这方面,可以设计或故意设计材料的固有极化和特性来增强压电产生的能量。本综述深入探讨了先进材料(包括钙钛矿、活性聚合物和天然生物材料)中的压电机制,重点介绍了用于增强压电响应并促进其集成到复杂电子系统中的化学和物理策略。通过强调主要性能指标、驱动机制和相关应用,概述了能量收集和软机器人方面的应用。讨论了进一步改善材料和设备性能的关键突破和有价值的策略,并对下一代压电系统的要求以及未来的科学和技术解决方案进行了批判性评估。
摘要触摸敏感的可拉伸电子皮肤(E金)对软机器人,假肢,生物模仿者和生物传感器保持了希望。但是,长期以来的挑战是伸展压力读数的干扰。解决此问题,我们引入了一个本质上可拉伸的杂化压力传感器(SHRP),该响应压力传感器(SHRP)由层压板组成,该层压板具有几乎没有导电的多孔纳米复合材料和位于两个可拉伸电极之间的超薄介电层。SHRP的压电和压电响应的联合压电和压电响应可以使超高压力灵敏度有效地消除拉伸诱导的干扰。我们的发现的基础是经过实验验证的电子模型。在实际应用中,安装在孔径上的shrps在人手腕上表现出安全,精确的触诊,并符合轮廓的ob o骨。SHRP的首次亮相有望显着扩大E-Skins的垂直应用。
PYTHEAS Technology 是创新型压电设备设计和制造方面的专家。其专业领域主要涵盖 3 类应用:振动控制(阻尼器/隔离器、能量收集、结构健康监测);超声波设备(无损检测、流量计);执行器(压电阀、压电泵)
石英是 SAW 传感器的典型基板,但它不是半导体,而硅是微电子器件的典型半导体,但它不是压电材料,需要沉积压电薄膜才能激发 SAW。这使得砷化镓 (GaAs) 成为集成 SAW 微传感器应用的独特材料。GaAs 的压电特性与石英相似,因此可以直接在 GaAs 基板上制造 SAW 器件,而无需沉积压电薄膜。图 1 中的数据显示,GaAs SAW 传感器的灵敏度与石英 SAW 传感器相当。此外,GaAs 是一种成熟的半导体器件材料,可用于制造集成高频射频微电子器件。
由于早期诊断和及时的医疗干预措施,可以防止大量心血管相关的死亡率,因此对实时和长期检测技术的需求很高。然而,当前的实时监控设备,例如具有硬连线和刚性接口的Holter监视器,不适合长期检测,因为它们不轻,紧凑且舒适。此外,使用当前监视设备的测量数据的准确性在很大程度上受到日常身体运动的影响,因此只能在静态状态下实现,从而限制了其实际应用。为了解决上述问题,将生理信号转换为电信号的良好/可穿戴和敏感的身体脉冲传感器的发展对于进行实时和连续的健康监测以获得长期和准确的脉冲波形至关重要。现在在重症监护中最常见和广泛应用的技术是侵入性动脉导管,它可以提供精确的连续体脉冲和血压监测。但是,在监测过程中,不适和潜在感染的风险以及数据的准确性增加。在这方面,近几十年来,非侵入性的无创/可穿戴健康观念方法受到了极大的关注。5 - 10作为非侵入性的仅接触人皮肤,感染率大大降低,从而使其安全且广泛适用于日常使用的设备。几种类型的
由于早期诊断和及时的医疗干预措施,可以防止大量心血管相关的死亡率,因此对实时和长期检测技术的需求很高。然而,当前的实时监控设备,例如具有硬连线和刚性接口的Holter监视器,不适合长期检测,因为它们不轻,紧凑且舒适。此外,使用当前监视设备的测量数据的准确性在很大程度上受到日常身体运动的影响,因此只能在静态状态下实现,从而限制了其实际应用。为了解决上述问题,将生理信号转换为电信号的良好/可穿戴和敏感的身体脉冲传感器的发展对于进行实时和连续的健康监测以获得长期和准确的脉冲波形至关重要。现在在重症监护中最常见和广泛应用的技术是侵入性动脉导管,它可以提供精确的连续体脉冲和血压监测。但是,在监测过程中,不适和潜在感染的风险以及数据的准确性增加。在这方面,近几十年来,非侵入性的无创/可穿戴健康观念方法受到了极大的关注。5 - 10作为非侵入性的仅接触人皮肤,感染率大大降低,从而使其安全且广泛适用于日常使用的设备。几种类型的
在这项研究中,由RF磁铁溅射以不同的ZR/[ZR + Ti]比率而沉积的压电能量收割机(PEHS)是基于外部PB(ZR,Ti)O 3(PZT)薄膜制造的。对于与微电力系统的兼容性,外部PZT薄膜被沉积在SI底物(PZT/SI)上。形态相边界(MPB)的组成范围为0.44≤zr/[Zr + Ti]≤0.51的外观PZT/Si的0.51,其比散装PZT的宽度要广泛得多。同时,使用Unimorph Cansilever方法,通过直接和逆向压电效应评估有效的横向压电系数(| E 31,F |)值。在组成中,Zr/[Zr + Ti]的菱形统治MPB(MPB-R)= 0.51表现出直接| E 31,f |在这项研究中,10.1 C m -2和相对介电常数(𝝐 r)为285,最大程度的功绩为40 GPA。另一方面,最大匡威| E 31,f |从Zr/[Zr + Ti]的四方优势MPB(MPB-T)测量14.0 C m-2的2。在共振频率下,MPB-T在加速度为3 m-1 s-2的加速度下,高输出功率密度为301.5μW-1 /(cm 2 g 2),这对于高表现PEH应用非常有前途。
摘要:由于复合材料在飞机结构中的应用越来越广泛,需要开发能够对大型复合材料结构进行冲击监测的飞机智能复合材料蒙皮(ASCS)。然而,飞机复合材料结构的冲击是一个随机瞬态事件,需要连续在线监测。因此,ASCS的传感器网络和相应的需要作为机载设备安装在飞机上的冲击监测系统必须满足轻量化、低功耗和高可靠性的要求。为了实现这一点,已经提出并开发了一种基于压电传感器和导波的冲击区域监测器(IRM)。它将压电传感器输出的冲击响应信号转换为特征数字序列(CDS),然后采用简单但有效的冲击区域定位算法,实现轻量化和低功耗的冲击监测。但由于ASCS传感器数量庞大,轻量化传感器网络的实现仍是实现可应用的ASCS进行在线连续撞击监测的关键问题。本文提出了三种轻量化压电传感器网络,包括连续串联传感器网络、连续并联传感器网络和连续异构传感器网络。它们可以大大减少ASCS压电传感器的引线,也可以大大减少IRM的监测通道。此外,还提出了基于CDS和轻量化传感器网络的撞击区域定位方法,以使轻量化传感器网络可以应用于具有大量压电传感器的ASCS的在线连续撞击监测。在某无人机复合材料翼盒上验证了轻量化压电传感器网络及相应的撞击区域定位方法。弹着点定位准确率高于92%。
随着对电子设备成本更低、性能更好、尺寸更小、可持续性更强的需求,微机电系统 (MEMS) 换能器成为受益于小型化的主要下一代技术候选之一 [1-3]。压电 MEMS 谐振器具有高品质因数和大机电耦合度,是射频 (RF) 系统中很有前途的产品 [4-8]。压电 MEMS 谐振器的主要材料是氮化铝 (AlN)、压电陶瓷 (PZT)、氧化锌 (ZnO) 和铌酸锂 (LN) [9-13]。近年来,掺杂 AlN 薄膜,尤其是氮化铝钪 (AlScN),因其能提高 d 33 和 d 31 压电系数而备受研究 [14]。基于AlN和AlScN薄膜的压电MEMS谐振器凭借单片集成度高、性能优越等特点,受到越来越多的关注。MEMS谐振器种类繁多,如表面声波(SAW)谐振器[15,16]、薄膜体声波谐振器(FBAR)[17-19]。但SAW器件与CMOS工艺不兼容,FBAR的频率主要取决于压电层厚度,因此很难在一个芯片上实现多个工作频率或宽频率可调性。另一方面,基于AlN和AlScN的轮廓模式谐振器(CMR)与CMOS工艺兼容[20-24]。同时,工作频率和谐振频率与CMOS工艺兼容,而基于CMR的器件的工作频率和谐振频率与CMOS工艺不兼容。
摘要:物联网 (IoT) 的快速发展带动了低功耗传感器的开发。然而,物联网扩展的最大挑战是传感器的能量依赖性。为物联网传感器节点提供电源自主性的一个有前途的解决方案是从环境源收集能量 (EH) 并将其转换为电能。通过 3D 打印,可以创建单片收集器。这降低了成本,因为它消除了对后续组装工具的需求。得益于计算机辅助设计 (CAD),收集器可以根据应用的环境条件进行专门调整。在这项工作中,设计、制造并电气表征了压电谐振能量收集器。还进行了压电材料和最终谐振器的物理表征。此外,还使用有限元建模对该设备进行了研究和优化。在电气特性方面,确定该设备在最佳负载阻抗为 4 M Ω 且受到 1 G 加速度时可实现 1.46 mW 的最大输出功率。最后,设计并制造了一个概念验证设备,目的是测量流过电线的电流。