为了降低谐振频率，实现多方向收集和提高输出性能，提出了一种4π圆弧螺旋压电能量收集器。通过分析器件尺寸与输出性能之间的关系来提高器件性能，将优化后的模型进行COMSOL仿真，分析振动位移、应力以及谐振频率。相对于2π圆弧螺旋压电能量收集器，4π圆弧螺旋压电能量收集器具有更低的谐振频率和更高的输出电压。4π圆弧螺旋压电能量收集器的谐振频率为48 Hz，输出电压达到12.3 V，输出功率达到400 μW。

提出了一种新型组合螺旋压电能量收集器。该收集器的底部是直角螺旋结构,顶部是圆弧螺旋结构,圆弧螺旋结构固定在直角螺旋结构的质量块上。通过旋转圆弧螺旋结构90°,可以得到四种结构,角度分别为0°,90°,180°,270°。直角螺旋结构的设计可以降低谐振频率,而圆弧螺旋结构的设计不仅可以降低谐振频率,还可以使整体结构进行多方向能量收集,从而提高输出。文章所提到的单个悬臂梁结构的厚度为1 mm,宽度为6 mm。通过计算及仿真可得,当两种结构的组合角度为180°时,可以得到最大输出电压为13 V,最大输出功率为1.3 mW。

提出了一种2π弧度的直角螺旋悬臂梁结构的压电能量收集器。该设计一方面可以降低谐振频率,另一方面可以提高单位体积的能量收集效率。悬臂梁整体结构厚度为2 mm,宽度为6 mm,整体尺寸大小为22 mm×26 mm。当施加的激励为0.1g加速度时,仿真输出电压为1.95 V,测量输出电压为1.8 V,相对电压误差为7.7%;仿真谐振频率为269 Hz,测量谐振频率为265 Hz,相对频率误差为1.5%;理论输出功率为7.04 μW,测试输出功率最大为5.79 μW,相对功率误差为17.8%。该压电能量收集器适用于便携式微电子系统。

采用铌铁矿前驱体两步法制备了Pb(Zn1/3Nb2/3)0.2(Hf1-xTix)0.8O3(PZNH1-xTx)钙钛矿压电陶瓷, 研究了铪钛比对陶瓷相结构、电学性能和能量收集特性的影响。结果表明, 当x=0.52时, 陶瓷样品位于准同型相界, 具有最优综合压电性能: 居里温度TC=287 ℃, 品质因数FOM≈14 753×10-15 m2/N, 压电电荷常数d33=492 pC/N。由该组成材料构建的悬臂梁型压电能量收集器输出功率密度高达4.16 μW/mm3, 所转化的电能可成功点亮138盏并联的LED灯。结果表明, PZNHT陶瓷在压电能量收集领域具有良好的应用潜力。

为了给无线传感器网络节点提供稳定、高效且长期的能量供给，该文提出了一种基于增强型同步电荷提取电路的压电能量收集接口电路(ESECE)。利用Multisim电路仿真软件对增强型同步电荷提取电路进行仿真，并与标准压电能量收集接口电路(SHE)和同步电荷提取电路(SECE)进行对比分析。实验结果表明，在相同激励条件下，ESECE比SECE的输出功率提高了近30%，最大输出功率达到190 μW，同时还保证了输出功率与负载电阻的无关性。

为了解决部分微电子设备供电需求大，而单一的压电能量收集结构无法满足的问题，该文对基于涡致振动的压电能量收集阵列进行流-固-电耦合仿真，并与风洞实验数据进行对比。首先对前置阻流体的俘能结构进行测试，验证结构的可行性，然后对串列、并列、错列、长方阵型的压电俘能结构进行研究。仿真与实验结果表明，压电能量收集阵列随风速的增大呈现整体增大的趋势，随间距的增大呈现先增大后减小的变化趋势，前置阻流体的俘能结构直径D=0.02 m，在风速为6 m/s，中心距L=5D的条件下，输出电压峰值为4.35 V，长方阵型的发电性能最优；在风速为6.5 m/s，L=1.5D时，电压峰值为9.98 V。结果表明，压电能量收集阵列具有一定的优势，为涡致振动压电能量收集的研究提供了参考。

提出了一种螺旋悬臂梁结构的可植入式压电能量收集器, 这种结构的能量收集器可为植入式医疗器件供电。螺旋结构的设计一方面可以使悬臂梁从多个方向的振动中吸收能量, 另一方面还可以降低谐振频率。提出的悬臂梁整体结构厚度为40 μm, 宽度为1 mm, 整体外部大小为 9 mm×9 mm。该结构中, 悬臂梁的末端附上质量块, 进一步降低悬臂梁的谐振频率。该收集器的谐振频率为66 Hz, 当施加的激励为1g加速度时, 输出开路电压为2.2 V, 输出功率为4.8 μW。

针对可穿戴设备电源的供电及续航问题, 采用了筒壳结构的压电能量收集器。探究了可穿戴筒壳结构压电能量收集器俘能的本质, 并提出结构优化设计方案。首先指出筒壳结构的承载能力和初始能量与厚度成正比, 且随着跨度的增大而减小; 其次通过有限元仿真研究了基底和聚偏二氟乙烯(PVDF)压电薄膜尺寸与应力、应变的关系, 指出PVDF的尺寸应尽可能与应力、应变较大的区域相符合, 没必要完全覆盖基底, 并给出优化模型; 最后通过实验验证了厚度、跨度和曲率半径优化尺寸的合理性, 综合考虑了人体穿戴的舒适度。优化设计方案中, 筒壳结构的厚为125~150 μm, 跨度为19~22.2 mm, 曲率半径为10~15 mm, 输出电压可达13~18 V。