团队在弱磁能量收集方面取得的最新成果发表在Advanced Energy Materials
[2022-02-22]
近日，团队储昭强副教授在国际顶级学术期刊《Advanced Energy Materials》发表论文“Significantly Enhanced Power Generation from Extremely Low‐Intensity Magnetic Field via a Clamped‐Clamped Magneto‐Mechano‐Electric Generator”。
物联网(IoT) 技术在智能生态中扮演着重要角色。而发展IoT技术的一个挑战是当传感器节点超过一定数量时，人为对其进行电池的维护和更换将难以实现。就此而言，能量收集技术被视为替代电池为无线传感器供电，从而实现自供能物联网系统的有效方案。在振动能、辐射能和近场电磁能等众多可收集能源中，电力传输线、工业机械和家用电器等产生的杂散磁能由于其频率固定和分布广泛，一直是受到研究人员的关注。
传统基于电磁感应原理的线圈俘能装置，工作频率高，体积大。相比之下，基于磁扭矩效应和压电效应的磁机电 (MME) 俘能器件被认为是收集低频磁场能量的最佳选择。然而目前大多数研究的悬臂梁式MME器件仅局限于对强磁场（>5 Oe）的能量收集。世界卫生组织指出公众可接触的50/60Hz交变磁场安全阈值为1 Oe，而且环境中杂散磁场的大小一般也低于此参考值。因此有必要探索适应于低场能量收集的新原理和新方法。
储昭强提出了一种两端夹持（clamp-clamp，简称C-C）的MME能量收集器。和传统悬臂梁式MME能量收集器所不同的是：C-C MME能量收集器工作于二阶弯曲模态。该模态有效降低了系统谐振频率与中心磁铁的强关联特性，其次对称性结构也保证了长梁可以支撑更重的磁性质量块。在这种条件下，基于磁扭矩效应的体积效应即可大大增强系统在低场激励下的输出性能（见图1）。实验结果表明：在0.48和0.96 Oe的激励下，C-C MME能量收集器的平均输出功率分别达到了370 和 970 uW。与此同时，通过连续收集50 Hz, 0.48 Oe的磁场能，C-C MME能量收集器也完全可以使得无电池的商用温湿度传感器正常工作并与手机终端进行通信连接。该工作对能量收集技术的研究提供了一种新的思考，也有望拓展并丰富其物理内涵。
相关研究成果以”Significantly Enhanced Power Generation from Extremely Low‐Intensity Magnetic Field via a Clamped‐Clamped Magneto‐Mechano‐Electric Generator”为题目，于2022年1月24日收录于SCI期刊Advanced Energy Materials上，影响因子：29.368。该成果第一作者储昭强副教授，通讯作者为高俊奇教授，以及北京大学的董蜀湘教授。