1 1.安徽工业大学 材料科学与工程学院, 马鞍山 243032
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海 200050
3 3.中国科学院大学 杭州高等研究院, 化学与材料科学学院, 杭州 310024
可穿戴设备是能穿在身上, 实时获取人体或环境信息并进行传递和处理的功能设备, 在医疗健康、人工智能、运动娱乐等领域具有广阔的应用前景。随着可穿戴设备的发展, 各类柔性传感器应运而生。基于压电效应的柔性力学传感器因具有感应频率宽、响应快、线性好、自供电等优势而备受关注。然而传统的压电材料多为脆性陶瓷和晶体材料, 限制了其在柔性方面的应用。随着研究的深入, 越来越多的柔性压电材料和压电复合材料不断涌现, 给柔性可穿戴力学器件注入了新的发展活力。本文主要概括了柔性可穿戴压电器件的前沿进展, 包括压电原理、柔性压电材料的制备与性能提升方法。此外, 还详细总结了柔性可穿戴压电设备的主要应用方向, 包括医疗健康和人机交互, 以及遇到的挑战与机遇。
力学传感器 可穿戴器件 压电效应 制备方法 柔性 mechanical sensor wearable device piezoelectric effect preparation method flexibility
光子学报
2023, 52(11): 1113001
强激光与粒子束
2023, 35(10): 101007
1 华中科技大学材料科学与工程学院,材料成形与模具技术国家重点实验室 武汉 430074
2 广东华中科技大学工业技术研究院 广东 东莞 523808
3 华中科技大学光学与电子信息学院 武汉 430074
挠曲电效应是一种应变梯度与电极化(正挠曲电效应)或电场强度梯度与应变(逆挠曲电效应)之间的力电耦合效应。与压电效应不同,挠曲电效应不受材料对称性、Curie温度所限制,且随着材料尺寸减小而不断增强,因而具有广阔的研究与应用前景。本文主要总结了挠曲电效应的发展历史、挠曲电系数测量、挠曲电效应增强机制以及当前研究进展,重点介绍了挠曲电效应在传感器、致动器、机械存储器、挠曲电压电复合材料、俘能器以及新型电子器件等领域应用的最新研究进展,最后对挠曲电效应的发展前景进行了展望。
挠曲电效应 压电效应 机电耦合 应变梯度 flexoelectric effect piezoelectric effect mechanical-electric coupling strain gradient
1 重庆邮电大学 工业物联网与网络化控制教育部重点实验室, 重庆 400065
2 重庆大学 光电工程学院, 重庆 400044
为了解决智能电网环境下输电线有害振动与工况检测传感器的供电及续航问题, 该文设计了一种压电式振动与磁场复合能量收集的防震锤。防震锤的主压电梁收集输电线振动能量, 副压电梁通过安装磁铁收集输电线电流产生的变化磁场能量, 摆脱了传统收集磁场能量时线圈的使用。对收集器进行有限元仿真分析与实验测试。结果表明, 收集器工作频带更宽, 比传统的单梁输出高54%, 主压电悬臂梁最大输出功率可达到874 μW, 副压电梁最大功率可达到683 μW。
智能电网 悬臂梁 压电效应 振动能量收集 电磁能量收集 宽频带 smart grid cantilever beam piezoelectric effect vibration energy harvesting electromagnetic energy harvesting wideband
江苏大学 流体机械工程技术研究中心,江苏 镇江 212013
微颗粒操控技术以其控制精确,成本低及简洁高效的特点, 在生物医学工程和微纳米器件制造领域有广阔的应用前景。传统操控方法对无磁性、无导电性及大密度固体微颗粒的操控存在不足。因此, 该文提出一种基于压电悬臂梁低频振动的微颗粒操控系统, 利用流场底部流动实现微颗粒的聚集。聚集显微实验表明, 压电振子的低频振动激发流场底部流动, 使培养皿底部的球型氧化铝颗粒向目标区域移动和聚集, 并在122 s时达到稳定状态。对试验结果进行图像处理, 结果表明, 微颗粒稳定聚集后的聚集面积为79 405 μm2。该操控方法可实现大密度微颗粒的聚集, 且聚集范围大, 可为微纳器件制造提供参考。
微流控技术 压电悬臂梁 压电效应 微颗粒操控 悬臂梁振动 microfluidic technology piezoelectric cantilever beam piezoelectric effect microparticle manipulation cantilever beam vibration
1 1.广西大学 化学化工学院, 南宁 530004
2 2.广西大学 物理科学与工程技术学院 纳米能源研究中心, 南宁 530004
3 3.中国科学院 北京纳米能源与系统研究所, 北京 101400
4 4.中国科学院大学 纳米科学与技术学院, 北京 100049
随着纳米医学的发展, 利用纳米材料在外源超声波的刺激下催化产生过量的活性氧物种(Reactive Oxygen Species, ROS)以治疗疾病的方法, 被称为声动力疗法(Sonodynamic Therapy, SDT), 已引起人们的广泛关注。目前, 开发可用于SDT的高效声敏剂用于提高ROS产率, 仍然是当前研究和未来临床转化的最大挑战之一。近年来, 得益于压电电子学和压电光电子学的兴起, 基于压电半导体纳米材料的新型声敏剂在SDT中崭露头角, 显示出良好的应用前景。本文从压电半导体的结构出发, 介绍了压电半导体纳米材料应用于SDT的机理研究, 以及利用压电半导体纳米材料作为声敏剂在声动力学癌症治疗及相关抗菌性能方面所取得的研究进展。最后, 本文对该领域存在的问题以及未来的发展趋势进行了展望。
压电半导体 压电效应 压电光电子学 声动力疗法 癌症 综述 piezoelectric semiconductor piezoelectric effect piezophototronics sonodynamic therapy cancer review
电子科技大学 电子薄膜与集成器件国家重点实验室, 四川 成都 610054
近年来, 航空航天领域的飞速发展要求振动测量技术能耐受更高温度, 因此高温压电加速度传感器备受关注。通过优化压电晶体切型和设计质量块结构, 该文设计并制备了基于硅酸镓钽钙(CTGS)压电单晶材料的压电加速度传感器。实验结果表明, 该传感器的谐振频率约为2.2 kHz。在振动频率为100 Hz~1.1 kHz下, 常温时传感器的电荷灵敏度基本稳定, 平均值为2.44 pC/g(g=9.8 m/s2)。在常温~600 ℃内, 传感器的电荷灵敏度基本保持不变, 1.1 kHz振动频率下传感器的电荷灵敏度平均值为2.56 pC/g。该传感器能在600 ℃高温下稳定工作。
硅酸镓钽钙(CTGS)晶体 压电效应 加速度传感器 高温 CTGS crystals piezoelectric effect acceleration sensor high temperature
扬州大学 机械工程学院, 江苏 扬州 225127
采用表面对称电极含金属芯聚偏氟乙烯(PVDF)纤维(SMPF)传感器, 代替人体纤毛细胞感受器, 设计制备了一种仿生半规管。根据压电方程和密度差理论, 建立仿生半规管的密度差感知机理理论模型。搭建了实验系统, 测试了传感器对仿生内淋巴液与仿生壶腹嵴之间密度差变化的感知功能。实验结果表明, 仿生壶腹嵴传感器在液体压力作用下可以产生相应的变形, 并且不同密度差下的响应幅值不同, 同时验证了人体半规管中, 当密度差足够大时, 半规管具有对直线加速度产生反应的能力。
含金属芯聚偏氟乙烯(PVDF)纤维 半规管 壶腹嵴 压电效应 传感器 metal core PVDF fiber semicircular canal ampullary crest piezoelectric effect sensor
中国工程物理研究院 电子工程研究所,四川 绵阳 621900
为研究压电效应对多层陶瓷电容器放电性能的影响, 搭建了放电周期可调的电路平台和基于光学多普勒效应的高精度振动测量平台。研究了陶瓷介质压电特性, 电容在不同放电周期、不同加载电压下的振动状态和放电特性, 以及失效放电周期和厚度的关系。结果表明,陶瓷介质具有压电效应, 放电时, 介质按交流电场频率规律振动, 当振动频率与电容固有谐振频率一致时, 激发机械共振, 且振动幅度随电压增大而增大, 当振动产生的应变超过介质承受极限时, 介质开裂, 导致击穿失效。失效放电周期随电容厚度增大而增大, 呈线性关系。
多层陶瓷电容器 压电效应 振动 击穿失效 multi-layer ceramic capacitor piezoelectric effect vibration breakdown failure