麻省理工學(xué)院(MIT)的研究人員針對(duì)無(wú)線感測(cè)器應(yīng)用，設(shè)計(jì)出一種全新的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)能量采集(energy harvesting)裝置，與現(xiàn)有設(shè)計(jì)相比，新裝置能產(chǎn)生高出兩個(gè)數(shù)量集的功率。
研究人員設(shè)計(jì)了一種運(yùn)用小型橋狀架構(gòu)固定在晶片兩端的微型晶片，而非采用懸臂式的方法。MIT的研究人員還為這個(gè)橋狀架構(gòu)沈積了單層壓電材料(PZT)，放置于橋狀架構(gòu)中央的單層壓電材料重量非常輕。

在經(jīng)過(guò)一系列振動(dòng)測(cè)試后，這個(gè)裝置不僅能在一個(gè)特定頻率響應(yīng)，還包括了其他低頻范圍。

“目前已經(jīng)有很多可用的無(wú)線感測(cè)器了，但它們都不支援功率封裝，”MIT機(jī)械工程系教授Sang-Gook Kim說(shuō)?！拔蚁?，我們的振動(dòng)能量采集器會(huì)是一個(gè)良好的解決方案。”

能量采集設(shè)計(jì)通常包含一個(gè)小型微晶片，這個(gè)晶片具有一個(gè)與極微小的懸臂梁(cantilever beam)膠合的壓電層。由于晶片會(huì)暴露在振動(dòng)下，因?yàn)檫@個(gè)梁會(huì)上下移動(dòng)，就像是一塊顫動(dòng)的跳水板一般，從而彎曲并對(duì)壓電層施壓。這種應(yīng)力材料可透過(guò)一種極微小的電極陣列來(lái)累積電荷。

研究人員指出，懸臂式方法有其局限性，僅增加懸臂梁和壓電層來(lái)占用晶片面積是一種浪費(fèi)，而且價(jià)格會(huì)更加昂貴。

“為了部署多達(dá)數(shù)百萬(wàn)的感測(cè)器，若能量采集裝置的成本為10美元，它的價(jià)格仍然過(guò)于高昂，”Kim說(shuō)。而單層MEMS元件可用來(lái)制造低于1美元的產(chǎn)品，Kim表示。

研究人員構(gòu)想出了一種設(shè)計(jì)，可提高裝置的頻率范圍，同時(shí)最大限度地提高功率密度，或是每平方公分的晶片所能產(chǎn)生的能量。

經(jīng)過(guò)振動(dòng)測(cè)試后，新的裝置不僅能在特定頻率響應(yīng)，也能在其他低頻范圍響應(yīng)。

據(jù)研究人員計(jì)算，該裝置能以單一壓電層產(chǎn)生45microW的功率，與現(xiàn)有設(shè)計(jì)相比，提供了兩個(gè)數(shù)量級(jí)的改善。

MIT的研究已發(fā)布在8月23日的網(wǎng)路版《Applied Physics Letters》。

編譯： Joy Teng

(參考原文：MIT researchers simplify energy harvesting device)