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压电俘能器研究现状及新发展 【摘要】压电俘能器可以将外界的动能转换为密封的压电能量储存器，被广泛的用于能量收集及储存领域。本文介绍了压电俘能器的研发现状及其新发展，如理论模型、声谱行为、高温及超高温应用、性能检测、压电功率结构等。压电俘能器的发展还需要在材料、结构设计和制备工艺方面不断进行探索，以满足实际应用对其重量、大小、效率、温度特性和损耗方面的要求。 【关键词】压电俘能器；理论模型；声谱行为；高温及超高温应用；性能检测 【1 背景介绍】 压电俘能器（piezoelectric energy harvester）是由压电材料组成的动能转换设备，可以将外界的可变载荷（如谐振、振动、压力等）转换成电能，从而承担着能量收集及储存的功能。随着压电俘能器技术的不断推进及其应用越来越多，如干电池、可穿戴设备等，其理论模型、声谱行为、高温应用、性能检测、功率结构等研究工作蓬勃发展，已经成为一个重要的课题。 【2 研究现状】 （1）理论模型：普通的压电俘能器模型分三步进行建模：施加力至振动源、力导致振动并受到负反馈并拉伸压电性能材料而形成拉伸应力及它生成的压电电动势并储存电能。有些复杂的压电俘能器模型也会考虑纵波模态的影响，其中包括纵波在结构内沿着真空间传播，随着非线性效应以及梯度压电力学模型等。 （2）声谱行为：声谱分析是针对系统行为进行测试和分析的有效方法，可以给出简单准确的结果并在非线性系统中预测振动行为，更加有效地利用模型和经验参数，从而提高压电俘能器的性能。 （3）高温及超高温应用：温度对压电材料的物性影响很大，如电容量的变化、压电常数的增减等，对于高温环境及超高温应用，压电俘能器技术还需要进一步完善，探索适合这种特殊场景下应用的压电材料及结构设计，以满足实际应用需求。 （4）性能检测：性能检测是评估压电俘能器在一定工况下的工作能力的重要指标，其可以为实际应用的控制及优化提供重要参考依据。根据压电俘能器的工作特性，其常见的性能检测指标包括输出电压、输出功率、噪音等。 （5）压电功率结构：压电功率结构技术是普通压电俘能器以外一个不同的功率收支技术，它可以解决以上述普通压电俘能器能力有限来源导致的功效上限，其工作原理是利用动能转换模块将外面的振动能转换成多层功率结构，而多层功率结构本身就拥有自身的拉伸应力系统，然后通过拉伸压电材料进行储存，从而获取更多的输出电能。 【3 结论】 压电俘能器的发展研究工作已经取得了很大的进展，但其发展还需要在材料、结构设计和制备工艺方面不断进行探索，以满足实际应用对其重量、大小、效率、温度特性和损耗方面的要求。 【参考文献】 [1] Wang X. Power harvesting using optimized Piezoelectric Energy Harvesters:An Overview[J]. Applied Sciences, 2020, 10(6): 1841