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一个研究团队通过将压电纳米复合材料与碳纤维增强聚合物（CFRP）相结合，创造出一种新型能量生产装置。这种装置将机械能转化为电能，为自供电传感器提供了一种高效可靠的方法，在为无线通信系统供电方面显示出巨大的应用潜力，对于确保可持续发展的未来至关重要。该研究的详细内容于6月13日发表在《Nano Energy》杂志上。

CFRP 是具有多种独特性能的复合材料，强度重量比、刚度以及耐腐蚀性都很高，是航空航天、汽车、医疗设备等领域的理想材料。作为电极，可以为压电传感器提供高导电性，从而提高其传输电信号的能力并降低损耗。该研究团队使用CFRP和铌酸钾钠 (KNN) 纳米粒子与环氧树脂混合制造了这个新型装置，由CFRP电极提供出色的导电性并增强机械特性。

经测试和模拟表明，这个新型能量收集设备在连续10万次的弯曲后仍能保持稳定电压输出，能够储存产生的电力并为LED灯供电。此外，它在能量输出密度方面优于其他基于KNN的聚合物复合材料。

“除了社会效益外，我们对我们在能量收集和传感器技术领域所做的贡献感到非常兴奋。出色的能量输出密度和高弹性的结合可以指导未来对其他复合材料的不同应用的研究。”

图文导读

用于查找实际谐振频率的测量设置和电路条件示意图。a) 研究的典型悬臂梁。b)振动测量和能量收集电路设置的示意图。c)C-PVEH 设置的数码照片。d)1:1 比例的 3D 模型插件是最大振动偏转的模拟结果。e) 测得的 PVEH 谐振频率和输出峰峰值电压。f) 实测C-PVEH的谐振频率和输出峰峰值电压及有限元仿真结果。g)共振频率下输出电压与位移的关系。h) C-PVEH 的输出电压在 200 Hz 下经受 0.05 mm 的位移，超过 ~100 K 个周期。i) 振动向上和向下方向沿x轴的应力仿真结果。j) 压电复合材料在向上和向下偏转时的电势分布的仿真结果。

在不同容量下的充电率图。a) 具有不同电容器 (10–50 μF) 的 CFRP 压电环氧树脂的充电行为。b) 通过振动测试充电的电容器的测量电压. c) 全波 AC-DC 转换器和电路设置。d) 具有各种外部负载电阻的输出功率密度。e) 电容器每30s的充电和放电。f）运行一次的定时器开关控制。充电电路条件。g) 放电电路条件并点亮LED。

电路元件示意图。a) 控制无线通信集成电路的储能电路示意图。b) 无电池无线通信实验中使用的设置图示。c) 电容器的充电和放电过程。d) 信号接收。e) 终端软件显示接收到的原始信号数据。

原文：Energy Harvesting and Wireless Communication by Carbon Fiber-Reinforced Polymer-Enhanced Piezoelectric Nanocomposites. Yaonan Yu, Chao Luo, Hayato Chiba, Yu Shi, Fumio Narita

DOI:10.1016/j.nanoen.2023.108588