清華團隊發明出新設備，能同時從環境中收集機械能和磁能

最近，清華大學褚福磊教授的研究團隊在「應用物理快報」上發表了一篇論文，介紹了一種新研製混合能量收集裝置。

該裝置能從機械振動和磁場中收集環境中的能量，以持續為像無線感測器和心臟起搏器這類的設備供應電力，將有望取代一些低功率電子設備內電池的存在。

圖丨混合能量收集裝置，內有由磁致伸縮或壓電層材料製成的懸臂，能同時收集機械能和磁能

隨著科技的發展，近年來，能量收集已成為低功率電子設備的一種無電池設計方向。相比壽命有限且必須定期更換或充電的電池來說，直接的能量收集設備能夠延長電子設備自動運行的時間。但實現能量採集器的一大挑戰便是如何為電子設備產生足夠的電力，其中，設法使設備能同時收集多種能量是增大供電功率的途徑之一。舉例來說，雖然有各種裝置可以收集機械能或磁能（這兩種能量常在工業生產中同時出現），但是很少有裝置可以同時收集這兩種能量。

在這篇新的論文中，研究人員從理論上展示了機械能與磁能存在的一種「相互」關係，用實驗證明了由磁致伸縮（magnetostrictive）或壓電層（pieozoelectric laminate）材料製成的懸臂會因磁場和振動而移動，進而論證了機械能和磁能的結合使用能使能量收集裝置的輸出功率得到進一步的提升。

褚福磊說：「眾所周知，實現能量採集器的研究已經進行了數十年，這期間產生了很多有趣的設計，但每種設計都存在著一定的缺陷，不能達到某些特定的要求。因此，突破能量收集器的能量單一性尤為重要。」

在研究中，研究人員發現收集裝置的輸出功率取決於環境中機械能和磁能的變化的頻率。如果頻率相同，它們之間的相位差會直接影響輸出電壓。而如果頻率不同，該相位差則對輸出電壓幾乎沒有影響。事實上，混合兩種能量所輸出的電壓也不再是簡單的正弦波模式了。結合這些理論基礎，研究人員在論文中通過實驗展示了提升混合型能量收集設備的能量容量，可靠性和輸出功率上限的具體方法。

褚福磊說：「我們計劃在未來對能量收集器進行更深入的研究。除了本次涉及到的機械能和磁能，風能、潮汐能以及更多方面的智能材料應用，將是我們未來的研究重點。」

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