基本信息
- 项目名称：
- 压电式自发电地板的理论研究与实验初探
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 国内近年来开始了有关压电材料的研究，并且申请了相关专利。虽然国内相关研究获得了一定的成果，但是距离压电发电地板的实际应用还很大。据此，本项目开展了以下研究工作：对国内外的一些研究团体、研究现状、研究水平、发表专利论文和报道进行全面的把握和深入了解；进行压电式自发电地板的理论模拟和研究；压电材料的优选和性能研究；压电式自发电地板发电能力核心技术的讨论与探索，进行压电式自发电地板的初步实验探索。
- 详细介绍：
- 本项目主要进行压电式自发电地板的理论研究与实验初探，对国内外的一些研究团体、研究现状、研究水平、发表专利论文和报道进行全面的把握和深入了解。2007年美国麻省理工的学生提出了把人流踩踏地板的冲击力转换并收集做为电能的构想，而后美国芝加哥的设计师在人行道上试验了4块2英尺乘4英尺的压电板装置，成功点亮了4个发光二极管。在去年的世博会上，日本馆展示了其发电地板技术。 国内近年来也开始了关于压电材料的研究，并且获得了一些比价好的压电材料，并且申请了相关专利。虽然国内相关研究在材料等方面上获得了一定的成果，但是距离压电发电地板的实际应用还很大。针对目前报道的研究成果和国内外研究现状，本项目开展了以下研究工作：进行压电式自发电地板的理论模拟和研究；压电材料的优选和性能研究；压电式自发电地板发电能力核心技术的讨论与探索，进行压电式自发电地板的初步实验探索。后期，做出实物展示并投入到实际应用。
作品图片
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 撰写目的：本项目以压电式自发电地板为研究对象，深入调研最新国内外研究团体、现状与水平、报道成果。在此基础上，进行压电式自发电地板的理论模拟和研究，材料的优选和性能研究，压电自发电地板核心技术的讨论。为后续核心技术攻关和产品开发奠定基础。 基本思路：在充分调研国内外研究现状的基础上，对压电式自发电地板进行理论的模拟和估算，进行核心技术的讨论与分析，进行相关的实验，取得理论研究和实验探索的初步进展。
科学性、先进性及独特之处
- 压电材料作为一种新颖的实现机械能到电能直接转换的功能材料，具有广泛的应用前景和实用价值。利用压电效应所开发的压电式自发电地板，将生活中无处不在的机械能转换为电能，用于电能储存设备的充电，实现环境机械能量的循环回收再利用，其能量的转换、收集、储存过程不产生任何的环境污染，是非常环保清洁的能源利用方式，符合国家节能减排的国策和全球低碳经济的潮流。
应用价值和现实意义
- 在人流量较大的地方，将人群踩压在发电地板上产生的机械能转换为电能，进行收集处理，存储电能并利用。个人产生的压力振动能量较小，将大量人群踩踏产生的机械能累积起来，就会产生非常巨大的电能。此发电地板的能量源头是将消耗的机械能回收利用，不消耗其他能源，这项技术能够有效地缓解当今的能源危机。本项目更重要的价值在于保护自然环境，为社会带来良好的经济和社会效益。本项目的开展将为缓解能源危机贡献力量。
学术论文摘要
- 压电式自发电地板是基于压电材料的压电效应，直接将机械能转换为电能。压电式自发电地板受力后，表面产生电荷，电荷经过后续电路的处理收集用于供电，是一种基于能量转换、采集、存储技术与装备的综合运用。压电式自发电地板可以广泛应用在人流量较大的诸如步行街,商场出入口,跳舞池等场所采集振动机械能量，实现对电能存储设备供电。可以实现能量的循环再利用，而且能量的转换采集储存过程中不会产生任何的污染，是非常环保的能源回收再利用技术，完全符合我国“节能减排”的国策和全球“低碳经济”的发展潮流。
获奖情况
- 在“挑战杯”校内总决赛中荣获二等奖。
鉴定结果
- 经初步实验验证，该项目具有实际意义，能产生电荷。
参考文献
- [1] 压电陶瓷材料性能测试方法专辑，电子元件与材料[J].电子元件与材料编辑部，1984 [2] 杨洪，《汽车加速度传感器研发与应用研究》项目验收资料[M].2010 [3] 许煜寰，铁电与压电材料[M]. 科学出版社，1978 [4] 林书玉，径向振动压电陶瓷薄圆盘振子的机电等效电路与共振频率研究[N]. 陕西师范大学学报(自然科学版) 第34卷第1期2006年3月 [5] 孙宝元，杨宝清.传感器及其应用手册 [M] . 机械工业出版社 ，2004-4 [6] 董永贵，传感技术与系统[M]. 清华大学出版社，2006 [7] 孙亚飞; 陈仁文; 陈勇; 龚海燕; 陶宝祺; 压电材料电荷能量回收技术研究[J]. 压电与声光 2002年01期 [8]林声和，叶至碧，王裕斌压电陶瓷[M]. 北京国防工业出版社,1979,29-38 [9]Maxwell Technology Bobby Maher.超级电容器简介[J].今日电子，2006,1,37-38
同类课题研究水平概述
- 压电自发式地板利用压电材料的压电效应，直接将机械能转换成电能加以利用。国内外都非常重视该项技术和产品，希望在该领域有较大的突破，缓解日益短缺的能源需求。对压电效应相关技术的研究和利用，技术比较成熟的国家有美国、日本等国家，尤其以日本的技术较先进。 在上海世博会上，日本馆展示了其压电发电地板技术，参观的人们只要把双脚轮流向地板踩踏几下，指示发电量的指示灯就会显示出实际产生的电量。此外日本音力发电公司的发电地板也有相关的展示和报道。该公司的发电地板由每块面积50平方厘米的发电瓷砖组成，每块瓷砖踩一下就能发出0.1瓦特电点亮周围50至100个发光二极管灯泡。 2007年美国麻省理工学院学生提出了把人流踩踏地板的冲击力接收来并转换为电能的构想，而后美国芝加哥的自由设计师在人行道上试验了4块2英尺乘4英尺的压电板装置，成功点亮了4个发光二极管。 国内近年来进行的压电材料研究也取得了较好的成果。2009年西安交大研发出对环境无害的无铅压电材料“锆钛酸钡钙”，其压电性能50年来首次超越含铅压电材料，有可能引发工业界向无铅材料的变革，解决铅对环境的污染问题。然而对于具体的压电发电地板产品，国内还没有成熟的技术和产品，更缺乏相关的展示和报道。相关的新材料研制、结构设计、电能采集和储存等技术还需要进行深入、系统的研究。
