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  隨著便攜式電子產(chǎn)品的發(fā)展，對自驅(qū)動電子設(shè)備的需求已經(jīng)成為下一代電子成品最熱門的焦點之一。一種有效的能量收集方法是利用壓電材料從環(huán)境中收集能量。

  通常，聚偏氟乙烯（PVDF）壓電聚合物材料是傳感器、換能器和能量采集應(yīng)用中最常用的材料。然而，PVDF在溫度高于75℃時會喪失壓電性。聚乳酸（PLA）是一種生物可降解的聚合物，可以通過乳酸單體進行開環(huán)聚合來合成。而單體可以通過細菌發(fā)酵從糖和淀粉中提取。根據(jù)之前的研究，經(jīng)過處理的聚左旋乳酸（PLLA）具有優(yōu)良的壓電特性，可以用于傳感器、驅(qū)動器和能量收集等應(yīng)用。 

  最近，中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所任凱亮研究員的團隊發(fā)現(xiàn)在低頻震動下，雙層的PLLA膜可以產(chǎn)生大約10μW的功率輸出。此外，任凱亮研究員的團隊還發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過140℃熱處理后的PLLA不需要額外的極化過程，仍然保持很高的壓電性。在研究探索前，先利用理論方程對PLLA懸臂梁進行仿真，根據(jù)材料的特性和器件尺寸計算出了諧振頻率。通過PLLA膜和聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）基底之間的長度比，厚度比以及懸臂梁頂端的負載，計算了實現(xiàn)最佳輸出的條件和諧振頻率。 

  此外，基于理論結(jié)果設(shè)計并制作了雙層PLLA的懸臂梁。通過溶液澆鑄法制備PLLA膜之后，在膜的兩側(cè)濺射涂覆Au電極，并使用環(huán)氧樹脂粘貼到PET襯底的頂部。在PET襯底的自由端粘附上負載質(zhì)量塊就形成了懸臂結(jié)構(gòu)。 

  使用由函數(shù)發(fā)生器和放大器驅(qū)動的振動器對懸臂梁進行測試。測試結(jié)果顯示，在約50Hz的振動下，基于PLLA的懸臂裝置產(chǎn)生約14μW的功率。接下來，通過實驗室設(shè)計的全波整流電路對輸出信號進行整流，利用整流后的PLLA懸臂信號在7.5小時內(nèi)將8mAh的鋰離子電池充電至3.2V。儲存在鋰離子電池中的電能可以點亮30個LED，亮一分鐘。 

a) PLLA / PET懸臂梁的橫截面示意圖；b) 用于測試PLLA / PET懸臂的測試系統(tǒng)圖示；c) PLLA懸臂在穩(wěn)定的振動激勵下為鋰電池充電的電池電壓隨時間變化曲線，插圖顯示30個LED被充電后的鋰電池點亮；d) 柔性懸臂輸出能量與襯底頂端負載質(zhì)量塊和長度比Lp / Lb (PLLA / PET層的長度)的關(guān)系。 

  這項研究，“基于PLLA的熱穩(wěn)定懸臂梁用于振動能量收集”最近發(fā)表在Advanced Sustainable Systems上。 

  論文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adsu.201700068/abstract