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標題: 以奈米發電機製成的加速度感測器
日期: 2017/07/20
內容:
在美國化學學會奈米期刊發表了一篇以液態金屬摩擦奈米發電機(triboelectric nanogenerator, TENG)製成的自行供電力型加速度感測器,可用於振動監測,研究人員發表的此感測器,由一內部液態金屬液滴(汞)及丙烯酸酯外殼(Acrylic)所組成。該裝置能實時的進行震動量測與分析。
該團隊是由喬治亞理工學院的王中林教授領導,利用靜電紡絲方法製造奈米聚偏二氟乙烯纖維網(PVDF)薄膜,此方法有利於加強TENG的輸出信號。

自發電加速度感測器的設計結構 (a)用於振動監測的自供電加速度感測器示意圖 (b)由奈米纖維組成的nn-PVDF薄膜的照片 (c) PVDF奈米纖維的SEM圖像 (d)組裝完成的加速度感測器的照片
註:nanofiber-networked polyvinylidene, nn-PVDF:網絡奈米纖維聚偏二氟乙烯
由以下四個實際的應用可證明液態金屬TENG做為振動量測與分析的加速度感測器的能力,
1. 將加速度感測器裝在汽車引擎上可有效的檢測運行狀態,當汽車啟動時,開路電壓迅速上升至2.5V,然後再降至接近0.25 V,且維持在此電壓直到汽車停止為止。
2. 同樣地,加速度感測器也可固定在像空氣壓縮機的機械設備上,以監測其操作狀態。
3. 第三個實際應用為將加速度感測器安裝在牢固的桌子上,檢測由小球和桌子間衝擊引起的桌子震動。

將加速度感測器嵌入鞋內來做人體的步態分析,當人體剛開始運動時,藉由自行供電的人體步態分析系統來檢測踏下步伐的頻率和加速度。
研究人員有系統的研究電力輸出的特性和震動加速度之間的關係,輸出電壓及電流與外部加速度呈現良好的線性關係。
在偵測範圍為0 ~ 60 m/s2,靈敏度為0.26 V·s/m2時,加速度感測器性能良好。
液態金屬汞滴可以顯著的增強加速度感測器的穩定性和耐久性,在接近20萬次循環後,輸出電壓的及電流降低的幅度極小。此外,本儀器採用照相頻率或框速率(frame rate)為4000 Hz的高速攝影機監測加速度感測器的動態工作過程。加速度感測器對環境的微小震動非常敏感,像是機器的震動和桌子的震動。
作者認為這項研究不僅展示了自我供電的加速度感測器具有高度的靈敏度及廣泛的偵測範圍,並且擴展了TENG在自我供電感測系統上的應用。
參考網址: http://www.nanowerk.com/nanotechnology_articles/newsid=47363.php

 

網頁更新日期:2016/06/15