利用压电材料进行发电研究-小论文

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1、利用压电材料进行发电研究打火机在日常生活中应用的很普遍了，我对其点火的原理很好奇，经过查询资料知道：打火机的点火工作原理是这样的，里面安了一个压电陶瓷片，当你用手按下按钮时，压电陶瓷被弯曲，机械能在压电陶瓷上被转化为高压电能，从两端用电线引出，击穿火花塞两点间的空气，形成电火花，点燃可燃气体。打火机打火的关键是，压电陶瓷片产生的高压电能。从物理的角度来看，压电陶瓷片将人手的机械能转化为电能。那么能不能利用压电陶瓷片的这种特性采集环境中的一些动能为一些电子产品供电呢？带着这个疑问，我做了如下的研究一、基本原理：正压电效应是当压电材料受到机械

2、应力时，结构发生变形并在材料的表面形成电荷的现象。图1压电效应原理一般说来，压电材料的应用分为两种：弯曲梁结构和层叠结构，弯曲梁结构适合于低频率的机械力而层叠结构适合于高频率的外力。图2压电材料应用的两种结构二、基本实验想利用周围环境中普遍存在的机械能将去利用起来为电子设备供电，由于环境中存在的大多多余的机械能为频率较低的振动，所以考虑采用弯曲梁的结构进行研究。2.1压电体晶体的制作根据资料的查询，决定采用双晶弯曲梁结构：即在基体的上下表面贴上压电陶瓷片。金属层选择了易于弯曲变形、导电性良好的铍青铜材料，压电材料采用PZT-5H压电陶瓷。

3、图3双晶弯曲梁结构对于每块压电陶瓷片来说，当受到振动发生弯曲时相当于一个电源，对于两块压电陶瓷片就相当于两个电源。两个电源合在一块对外供电就可以存在两种方式：电源串联（一个电源的负极接上另一个电源的正极）和电源并联（两电源的正极相连，负极相连）。图4压电陶瓷片两种连接方式在压电双晶悬臂梁的制作过程中，制作的工艺对发电性能有着较大影响，下面介绍压电振子的制作过程以及需要注意的细节。首先制作金属基板，将铍青铜板材按照所需尺寸大小剪裁，再进行热加工处理，并用砂纸把经过热处理后铍青铜表面的氧化膜清除以增强导电能力。第二步是清洗材料，用镊子夹脱脂棉

4、蘸取丙酮溶液反复多次将压电陶瓷片PZT-5H和制作好的金属基本清洗干净。第三步是黏结，把清洗过的压电陶瓷和铍青铜板晾干后置于操作台上，将用于黏结的AB胶按比例调和好，先取少许分别涂于压电片和铍青铜板上，再迅速将压电片和铍青铜板粘在一起，同时均匀施压，挤出多余的胶并排出气泡，黏结完一面后压于平玻璃板下12小时后再黏结另外一面，在黏结时应看清压电陶瓷片的极化方向，并联保证上下的两压电陶瓷片极化方向一致，串联时保证上下两陶瓷片方向相反，如果极化方向搞错将无法向外发电。在黏结过程中应注意不要损伤压电陶瓷片和表面电极，黏结层不能太厚，太厚的黏结层一

5、是影响导电性能而是影响压电振子的弯曲性能，在保证强度的条件下，黏结层厚度应越小越好。第四步是引出电极，串联式的压电双晶梁只需要在压电陶瓷上下表面各引一根导线即可，压电陶瓷上不易于直接焊接，可在其上贴上铜箔再在铜箔上焊接。并联式的压电双晶梁，金属层引一根线，上下表面连在一起后引一根线。经过这四步，压电双晶梁就制作好了。所制作的双晶弯曲梁的尺寸如下表所示：表1双晶弯曲梁的尺寸长（mm）宽（mm）厚（mm）PZT-5H50500.3铜基体70500.2所制作压电弯曲梁如下面两图所示：图5串联式双晶弯曲梁图6并联式双晶弯曲梁2.2发电实验将所制作

6、的双晶压电弯曲梁的一端固定，并接上一个led灯泡，当用手指轻轻地敲打双晶压电弯曲梁时，led灯泡会发光，用电子三用表测量led灯泡两端的电压约为4.2V。图7双晶压电梁发电实验三应用拓展根据前面自行制作的双晶压电弯曲梁和基本发电实验，点亮了LED小灯泡。为了获得更大能量，应设计更完善的结构及配合更高效的能量采集电路。在此，我提出我的一个设想利用人手的摇动使双晶压电弯曲梁发电，并将电能供给遥控器中的无线发射模块。基本结构设想如下：图8手摇式发电装置示意图整个装置的体积为70mmx60mmx30mm以便于单手持握，全桥整流电路用于将压电晶体产

7、生的变化的电压转为直流电供给无线发射模块使用。电容可以储存电能，质量块用于配重。