壓電材料在新能源應(yīng)用第一頁，共十四頁，編輯于2023年，星期二材料從使用性能上可以分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料兩大類。功能材料以其電、磁、光、聲、熱等物理性能為基礎(chǔ)，用以制作有特殊功能的器件。壓電材料是實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)換的功能材料，是一類對機(jī)、電、聲、光、熱敏感的電子材料，廣泛應(yīng)用于工業(yè)部門和高科技領(lǐng)域[1]。也可以理解為受到壓力作用時會在兩端面間出現(xiàn)電壓的晶體材料。第二頁，共十四頁，編輯于2023年，星期二某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個相對表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)外力去掉后，它又會恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力的方向改變時，電荷的極性也隨之改變。相反，當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場，這些電介質(zhì)也會發(fā)生變形，電場去掉后，電介質(zhì)的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)，或稱為電致伸縮現(xiàn)象。第三頁，共十四頁，編輯于2023年，星期二壓電發(fā)電技術(shù)就是利用壓電材料的正壓電效應(yīng)將機(jī)械振動能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。壓電能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)由壓電發(fā)電裝置、存儲與控制電路組成。人們通常將壓電材料粘接在金屬上構(gòu)成壓電振子,壓電振子在外界沖擊力作用下產(chǎn)生形變而輸出電荷,其每次變形所產(chǎn)生的電荷經(jīng)過存儲與控制電路的調(diào)整,可輸出穩(wěn)定的電壓,并可根據(jù)要求調(diào)整輸出電壓值的大小。壓電材料產(chǎn)生的電信號具有高電壓、低電流特性,電荷生成是瞬態(tài)和交替等特性。第四頁，共十四頁，編輯于2023年，星期二壓電發(fā)電鞋壓電發(fā)電衣服汽車輪胎壓電發(fā)電路面或地板壓電發(fā)電：（1）發(fā)電公路

（2）發(fā)電舞池海浪壓電發(fā)電系統(tǒng)聲波壓電發(fā)電第五頁，共十四頁，編輯于2023年，星期二美國麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了壓電發(fā)電鞋,分別在鞋的前底面與鞋跟使用壓電材料,底面使用可撓的聚偏氟乙烯(PVDF)壓電聚合物材料。新加坡國防科技局和新加坡大學(xué)的研究者也嘗試在鞋里安裝壓電材料,讓鞋子變成充電器。壓電鞋的出現(xiàn)使人們邊走路邊發(fā)電的想法變成了現(xiàn)實(shí)。第六頁，共十四頁，編輯于2023年，星期二這項(xiàng)技術(shù)是將具有壓電性質(zhì)的材質(zhì)編入衣料內(nèi),當(dāng)衣服受到壓折或扭曲時便會產(chǎn)生電流。來自澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織的研究人員正在開發(fā)可以直接穿在身上的發(fā)電制服。它利用運(yùn)動過程中人體與衣服、衣服與衣服之間的壓力來產(chǎn)生電能,然后儲存進(jìn)鑲嵌在衣服內(nèi)的軟式蓄電池里,就可以拿來為行動電話或是MP3充電。第七頁，共十四頁，編輯于2023年，星期二壓電發(fā)電裝置隨機(jī)械振動源振動產(chǎn)生電能,非特定振動源會因振幅與頻率變化范圍太大,輸出的電壓不容易高效率地轉(zhuǎn)換與收集,因此壓電發(fā)電常以特定的振動源為對象。例如汽車行進(jìn)時車輪的運(yùn)動頻率與人的行走相比較穩(wěn)定,配合胎壓計(jì)成為免電池式的汽車胎壓監(jiān)控系統(tǒng)。法國Michelin公司設(shè)計(jì)的此類產(chǎn)品最先使用于賽車輪胎中,同時已獲得多項(xiàng)專利。即使在頻率變化較大的情況下,汽車輪胎等重負(fù)荷物體運(yùn)動時由于具有相對大的機(jī)械能,仍能產(chǎn)生足夠大的電能輸出。第八頁，共十四頁，編輯于2023年，星期二將壓電裝置鋪設(shè)于路面內(nèi),車輛通過時路面振動產(chǎn)生電能,所產(chǎn)生的電能經(jīng)過電路調(diào)整可充當(dāng)?shù)缆窡艟吆推渌O(shè)施的工作電源,或提供給儲能裝置加以存儲和利用。壓電材料制成地板,使用在車站等人流密度較大的場所,行人經(jīng)過可使地板發(fā)生形變,從而獲得電能。歐洲某一舞蹈俱樂部的地板就是利用壓電技術(shù)產(chǎn)生能量給電燈供電。第九頁，共十四頁，編輯于2023年，星期二西安交通大學(xué)曹秉剛等人發(fā)明發(fā)電一種利用震動能量壓電的發(fā)電方法及其道路燈具系統(tǒng)，其工作原理見右圖。第十頁，共十四頁，編輯于2023年，星期二全世界第1家通過跳舞發(fā)電的迪廳在荷蘭鹿特丹開業(yè)。在這家名為瓦特俱樂部!的迪廳,舞池中大約1/3的用電是由跳舞的賓客們自己制造。2009年7月10日,坐落在倫敦繁華的國王十字大街的生態(tài)環(huán)保夜總會開張納客。環(huán)保夜總會提供有機(jī)飲料、選用可回收餐具、在衛(wèi)生間安裝水循環(huán)系統(tǒng)以節(jié)約用水,最具創(chuàng)新的是它有一個會發(fā)電的舞池。當(dāng)年輕男女在舞池中翩翩起舞時,地板可以將他們隨音樂舞動而產(chǎn)生的能量通過地板下面的彈簧和一系列發(fā)電裝置轉(zhuǎn)化成電能儲存在充電電池中,據(jù)說采用這套裝置,理想情況下可以解決夜總會60%的電力需求,舞迷們在狂歡之余也為環(huán)保踩!出了積極的貢獻(xiàn)。第十一頁，共十四頁，編輯于2023年，星期二海浪壓電發(fā)電是把壓電聚合物安裝在海上的一個巨大的浮體和海底的錨之間的錨鏈內(nèi),當(dāng)浮體隨海浪上下浮動時,壓電聚合物發(fā)生形變,產(chǎn)生低頻率的高壓電,通過電子元件變成為高壓電流。美國新澤西州普林斯頓海洋動力技術(shù)公司也在研究從海洋獲潔凈能源的方法,即把一種壓電聚合物置于海浪和海流中,利用海浪和海流產(chǎn)生的壓力和應(yīng)力使壓電聚合物發(fā)電。新澤西州普林斯頓海洋動力技術(shù)公司研究一種從海洋中獲取廉價而潔凈能源的方法,即把一種壓電聚合物置于海浪和海流中,利用海浪和海流產(chǎn)生的壓力和應(yīng)力使壓電聚合物發(fā)電。據(jù)估算,一個100MW的發(fā)電系統(tǒng),其浮體可能要覆蓋約7.7km2的海面,它發(fā)出的電力足夠供一個2萬人的城市用電。壓電發(fā)電機(jī)的發(fā)電成本是很有競爭力的,在有些地方每千瓦時的電只需要1~3美分。因?yàn)楹＠耸敲赓M(fèi)!的,而壓電聚合物很少需要甚至不需要維修。壓電聚合物對有腐蝕性的海水有良好的抗蝕性,且不透水,設(shè)計(jì)壽命可以達(dá)20年,而且還可以回收利用。第十二頁，共十四頁，編輯于2023年，星期二除利用固體和液體的振動發(fā)電外,利用氣體振動也可產(chǎn)生電能。美國德克薩斯A&M大學(xué)教授泰?！たń鸬囊豁?xiàng)最新發(fā)明可讓手機(jī)用戶在說話時產(chǎn)生的聲波通過微型壓電裝置轉(zhuǎn)變成電能,從而使手機(jī)常用而不斷電。此發(fā)現(xiàn)將對開發(fā)低耗電的電子產(chǎn)品具有深遠(yuǎn)意義,由此可開發(fā)出自我供電的手機(jī)、筆記本電腦、個人通報器和大量其它與電腦有關(guān)的電子產(chǎn)品。第十三頁，共十四頁，編輯于2023年，星期二裴先茹，高海榮.壓電材料的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀[J].安徽化工，2