2021年2月4
压电材料作为传感器和作为能量亚博网站下载收割机的承担良好的承诺，但通常在高温下效果低得多，这限制了在引擎或空间探索等环境中的使用。然而，由Penn State和Qortek的研究人员开发的新型压电装置在升高的温度下保持高效。
宾夕法尼亚州立大学材料研究所(MRI)主任Clive Randall与QorTe亚博网站下载k公司的研究人员合作开发了这种材料和设备。QorTek公司是一家位于宾夕法尼亚州的州立大学，专门从事智能材料设备和高密度电力电子产品。
“NASA需要的是如何在电池难以更换的偏远地区为电子设备供电，”兰德尔说。“他们还想要能监测引擎稳定性等系统的自供电传感器，让这些设备在火箭发射和其他高温情况下工作，目前的压电材料因高温而失效。”
在振动或运动期间通过机械力快亚博网站下载速压缩时，压电材料产生电荷，例如机械或发动机。这可以用作传感器，以测量压力，温度，应变或加速度的变化。潜在的情况下，压电可以从个人电子产品等个人电子设备提供一系列设备，以桥接稳定传感器。
该团队将这种材料集成到一种称为双晶片的压电能量采集器技术中，使该设备既可以作为传感器，也可以作为能量采集器或驱动器。双晶片有两个压电层，形状和组装，以最大化有效的能量收集。传感器和能量采集器在弯曲双晶片结构时，产生电信号用于测量或作为电源。
遗憾的是，这些功能在高温环境中减少有效。目前最先进的压电能量收割机通常限于176华氏度（80摄氏度）至248华氏度（120摄氏度）的最大有效工作温度范围。
“压电材料的一个基本问题是，当温度超过120摄氏度时，它们的性能开始显著下降，当温度亚博网站下载超过200摄氏度(392华氏度)时，它们的性能就可以忽略不计。”Qortek首席技术官Gareth诺尔斯说。“我们的研究为NASA提供了一种可能的解决方案。”
研究人员开发的新型压电材料组合物在高达482 F(250℃)的温度下表现出近乎恒定的有效性能。该材料在远高于572华氏度的温度下仍能作为能量收集器或传感器有效应用物理学杂志．
“在室温下在这些高温下表现的组合物是首先，因为没有人在这种高温下有效地操作的压电材料，”亚博网站下载诺尔斯说。
这种材料的另一个好处是电力产量出乎意料的高。据兰德尔说，虽然目前压电能量采集器还没有达到太阳能电池等更高效的发电设备的水平，但这种新材料的性能足以为其他应用打开可能性。
“它的能量产生部分非常令人印象深刻，作为压电能量采集器，这种材料显示出创纪录的性能效率，”兰德说。“这将有可能在黑暗或隐蔽的环境中实现连续的无电池供电，比如在汽车系统甚至人体内部。”
Randall和Knowles都指出，Penn State和Qortek之间的伙伴关系，它通过补充彼此的资源来实现新的，改进的压电材料的开发。
“总的来说，这样的合作的一大好处是，你可以利用磁共振成像和宾夕法尼亚州立大学在该领域的大量知识储备，而像我们这样的小公司有时没有，”诺尔斯说。“另一个好处往往是大学有物理资源，如设备，你通常不会在一家小公司内找到。”app亚博体育
兰德尔指出，由于QorTek有很多员工都是宾夕法尼亚州立大学的校友，所以他们对研究主题和涉及的人都很熟悉。
“我的博士后研究人员之一和论文的第一作者，魏廷陈被Qortek聘用，因此在这种情况下会转移专业知识，”兰德说。“此外，Qortek提供的技能组织如机械工程，设备设计和测量专业知识都会以比提供的预算更快的速度推动开发，比我们提供的预算更快。因此，合作伙伴关系使项目非常富有成效的放大。”
与Randall和Chen一起，本文的其他作者包括来自宾夕法尼亚州州州，萧明陈，MRI研究助理，以及Qortek，Safakcan Tuncdemir，材料和设备副总裁;亚博网站下载Ahmet Erkan Gurdal，材亚博网站下载料集团经理;和乔希冈比尔，机械设计工程师。
美国国家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration)的小企业技术转移计划(Small Business Technology Transfer Program)和美亚博老虎机网登录国国家科学基金会(National Science Foundation)资助了这项研究。
来源：https://www.psu.edu/