3D打印-声学能采集的摩擦纳米发电机
在我们的生活环境中，低频声波以纵波传播，不容易被吸收或隔离。然而，如果采用适当的原理，如压电和电磁方法，可以收集低频声波并转换成电能，为电子设备提供电力。对于压电器件，通常采用高压电系数的陶瓷。但它们相对较大的杨氏模量会导致声阻抗与气流不匹配。此外，固体陶瓷材料将反射大部分入射声能，使输出性能下降。对于电磁方式，通常需要线圈、磁铁等笨重的部件，不利于能量采集器轻量化，小型化。
相比之下，摩擦纳米发电机由于器件中摩擦电薄膜的柔软和灵活特性，可以显著减轻能量采集器的重量，降低对入射声波的影响，从而能够实现有效和高效的能量收集。南京邮电大学Yannan Xie课题组提出了一种3D打印的声学摩擦电纳米发电机(A – TENG)，具有结构可控性、一次性成型、易于制造和成本低的特点。
课题组研究了基于A – TENG的四分之一波长的声波谐振器系统对声能的高性能捕获。该系统能够在100 dB声压级激励下产生4.33 mW的功率输出。可以直接和连续地驱动72个LED灯和一个商用计算器，表明其作为电子设备电源的应用。最后，该工作开发了一个由人工智能语音识别芯片，A-TENG和控制电路组成的自供电边缘感知系统。自供电的边缘传感系统可以在不需要云计算的情况下实现实时语音识别，在低功耗、低成本的智能物联网领域展现出巨大潜力。
图1：声能捕获系统, A-TENG 示意图及波长管中声压和颗粒速度分布模拟。
图2：A-TENG装置的工作机理。
图3：声能收集系统实验测量装置照片及输出性能。
图4：A-TENG作为电子设备电源的应用：可驱动LED灯和商用计算器。
图5：实时语音识别的自供电边缘传感系统应用展示。
该工作提出了一种具有结构可控性、一次性成型、制作简单、成本低等特点的3D打印A-TENG。开发并仔细研究了一个四分之一波长的声谐振器系统与A- TENG相结合，用于高性能的声能捕获。
此外，还开发了一种基于A-TENG的自供电语音识别系统，该自供电系统可以在不需要云计算的情况下应用于实时语音识别，是一种低功耗、低成本的智能边缘感知技术。但该工作对于器件优化及稳定性探究较少，需要更多研究。
(责任编辑：admin)
中南大学:增材制备可生物
2024年二季度，中国3D打印
《Bioactive Materials》
增材制造中机器学习研究综
高性能水凝胶的3D生物打印
研究人员开创使用X射线和
选区激光熔化增材
大型聚合物3D打印
6K Additive最新
如何打造增材制造
从实验室走向生产
3D打印在口腔修复
