摘要：随着能源转型的深化和能源互联网建设的推进,电网对自动化、智慧化和信息化的要求越来越高,为适应电网多样化的运营需求,亟待发展先进的电力设备感应技术,以保证智能电网在各种复杂环境下的稳定运行。压电材料在此中扮演重要角色,它能有效地捕获电力设备的关键信息,如放电和振动,被广泛应用在设备的振动监测、放电信号的探测、无损检测、温度测定以及电压感应等众多领域。本文深入探讨了压电传感材料的研究历程,并全面介绍了压电振动、声音以及电压传感器在实际电气工程中的应用概况。同时,文中也指出了当前压电传感器存在的主要挑战,如精度不足、稳定性差、环境适应性弱以及误报率高等问题,强调需要通过加快高性能材料的研发、优化传感器结构设计和实现智能补偿等手段,发展新型智能压电传感器。

摘要：【目的】提高校园公交能量利用效率,使校园公交行驶过程更加低碳环保。【方法】利用压电材料正压电效应回收校园公交行驶过程中产生的振动机械能,设计了一款基于压电材料的低速校园公交能量回收装置。该装置在微型悬臂梁上安装具有压电效应的压电陶瓷,行驶过程中的振动传导至悬臂梁形变产生机械能,通过压电陶瓷将机械能转换成电能,再通过具有整流作用的回收装置将电能储存在蓄电池中。【结果】该装置能够实现行驶过程中能量的转化和存储。【结论】该能量回收装置的研究设计对提升校园公交的续航里程、能量利用效率、绿色环保性能具有一定的参考价值。

摘要：压电材料由于其独特的机电耦合特性而被广泛应用到传感器和制动器等设备中。柔性电子技术是未来智能技术的重要支撑,然而,压电材料难以同时兼具柔性和高压电性能,这限制了压电材料在柔性电子领域的应用。总结了目前可用的柔性压电材料及其设计和制备方法,随后系统的总结了柔性压电材料在压力传感、能量收集和生物医学等方面的应用,最后评述了柔性压电材料发展的挑战和前景展望。

摘要：背景:骨具有压电效应,可将其所受应力转化为骨表面的电信号,通过电信号调节骨的代谢与生长。具有生物电活性的压电材料作为骨植入物能在受力时表面生成电荷,恢复损伤骨组织表面电势从而达到促进骨愈合的目的。目的:文章从压电的角度介绍了骨的压电效应,说明压电材料促进骨缺损修复的可行性以及压电材料应用于骨组织工程的研究进展,并阐述压电材料促进成骨的机制,以期为骨缺损修复提供新的思路。方法:以“Piezoelectric effect,Piezoelectric materials,Piezoelectric ceramic,Piezoelectric polymers,Osteogenesis,Bone tissue engineering,Scaffolds,Bone defect,energy harvester”为英文检索词,以“压电效应、压电材料、压电陶瓷、压电聚合物、成骨、骨组织工程、细胞支架、骨缺损、能量采集器”为中文检索词,在PubMed,Web of Science,ScienceDirect,中国知网和万方数据库中检索筛选出88篇文献进行归纳总结。结果与结论:①压电材料具有因受力形变而产电的自发电特性,能模拟骨组织的细胞外基质的生物电微环境,可制备成生物支架,在不依赖于生长因子和药物的情况下给予骨组织电刺激,增强骨修复功能,在骨缺损的治疗中具有应用前景。②压电材料通过刺激细胞电压门控钙通道、α5β1整合素、促进局部血流增加等途径促进成骨。③目前尚未发现任何单一压电材料可满足组织工程的压电材料的特征,因此压电陶瓷与压电聚合物相结合,压电材料与生物活性材料相结合的压电复合材料应运而生,其中压电陶瓷-有机物复合材料,保留了压电陶瓷的压电性能优异和生物相容性良好优点的同时更易于加工,其生物相容性和促进骨细胞贴附、矿化等功能更强,是当前治疗骨缺损效果最好的压电材料;④虽然压电材料能模拟骨组织的生物电微环境来促进成骨,但由于对压电材料影响骨细胞的机制尚未明确,以及不同骨组织微环境各不相同,因此限制了压电材料在临床的应用,随着材料研发技术的进步和对压电材料作用于细胞的研究愈发深入,压电材料有望为骨缺损的修复提供新的思路。

摘要：针对压电薄膜传感器测量受温度影响较大、压电石英传感器价格昂贵的问题,提出将2条压电石英传感器嵌入4排压电薄膜传感器的融合设计方法,建立压电薄膜传感器的等效安装模型及温度补偿算法,利用压电石英传感器对各排压电薄膜传感器进行实时准确的温度补偿。通过MATLAB软件,在正弦波路面激励下,当车速为10~120 km/h,环境温度为0~40℃时,对1/4车辆模型进行动态称重仿真实验。结果表明,融合设计的称重误差均值控制在0.97%以内,比4排压电薄膜传感器精度提高23倍多,比4排压电石英传感器价格降低3倍多,实现了车辆动态称重的高精度低成本检测目的,工程应用价值好。

摘要：随着能源革命的不断深入和能源互联网的持续建设,对电网自动化、智能化、信息化的需求日益迫切,亟需先进的电力设备传感量测方法为电网多场景应用提供信息支撑,以保证智能电网在复杂工况下的安全可靠运行。压电材料作为感知电力设备放电、振动等信号的关键材料,在电力设备振动监测、放电检测、探伤、温度测量、电压传感等领域得到广泛应用。该文总结了典型压电传感材料的发展概况,归纳了压电振动传感器、声传感器、电压传感器在电气工程中的实际应用。在此基础上,指出当前压电传感器仍存在精确度较低、稳定性差、环境适应性弱和误判率高等显著问题,需要从高性能材料快速开发、传感器拓扑设计、智能化补偿等方面发展新一代智能化压电传感器件。

摘要：背景:骨是一种天然压电材料,具有仿生压电效应的组织工程材料可应用于骨组织缺损的修复。目的:基于固相力化学技术制备一种有促成骨能力的压电支架材料,表征其对成骨细胞黏附、增殖和成骨分化能力的影响。方法:通过固相剪切碾磨技术混合不同质量比例的聚偏二氟乙烯及NaCl粉体(质量比分别为60∶40、50∶50、40∶60、30∶70),熔融下形成块状材料后通过纯水溶解去除NaCl,最终制备得到具有不同孔隙率的聚偏二氟乙烯压电泡沫支架(依次命名为PVDF-40、PVDF-50、PVDF-60、PVDF-70)。表征各组支架表面形貌、晶相构成、热力学行为、机械性能、压电性能。将4组支架分别与MG63细胞共培养,检测支架的生物相容性及促成骨分化能力。结果与结论:①扫描电镜下可见4组支架具有多层级孔隙,随着混合粉体中NaCl质量分数的增加,支架的孔隙率升高;X射线能量色散谱、X射线衍射图谱、傅里叶变换红外光谱及热失重分析结果显示,4组支架材料主体为不具压电性的α相,固相力化学激发出更多β相,以增强其压电性能,其中PVDF-60组β相含量占比最高;循环压缩测试及压电性能测试结果显示,PVDF-60组相较其他组拥有更高的压缩强度和压电性能;②扫描电镜与激光共聚焦显微镜下可见MG63细胞良好地黏附于4组支架表面,细胞形态良好并伸出较多的伪足、分泌大量细胞外基质;CCK-8实验显示,PVDF-60组培养4 d的细胞增殖吸光度值高于其他3组(P<0.0001);碱性磷酸酶染色及茜素红染色显示,PVDF-60组碱性磷酸酶表达与钙化结节数量均高于其他3组(P<0.01,P<0.0001);③聚偏二氟乙烯压电泡沫支架均具有较好的细胞相容性,其中PVDF-60组具有更优异的力学性能、压电性能和骨诱导能力。

摘要：为了满足窄带声表面波滤波器对品质因数Q值和带外抑制日益增长的需求,提出了一种窄带滤波器设计方法。在基于新型POI结构谐振器的基础上,通过旋转谐振器达到改变波传播角度的目的,并利用二维全模型得到准确的实验数据,与原结构谐振器分别代入滤波器设计中进行比较。实验结果表明,该方法在一定程度上能够有效地增加带外抑制,对过渡带抑制能力有2~4 dB的提升,且具有设计简便,占用空间小等优点。

摘要：随着智能可穿戴技术的发展,开发环境友好的压电材料具有重要意义。通过静电纺丝技术制备甲壳素/聚乳酸复合纤维膜,并研究其压电性能。结果表明:当添加的甲壳素质量分数1.5%,纺丝电压为18 kV,接收辊转速为100 r/min时,甲壳素/聚乳酸复合纤维膜的输出电压约为2.2 V,是聚乳酸纤维膜的2.5倍。压电性能随复合纤维膜的厚度、施加压力及受力面积的增加而提高,并且纤维膜具有良好的可降解性和稳定性,可用于实时监测人体行为状态和生命体征。

摘要：针对低频噪声的隔离问题,设计了一种基于压电材料的可调控薄膜声学超材料,该材料由压电质量块嵌入弹性薄膜制成.建立了材料的有限元分析模型,并且计算了材料的各阶特征频率与20-1200 Hz频段的传输损失曲线,并通过实验验证了有限元计算的真实性.计算结果表明:此声学超材料在20-1200 Hz频段内隔声性能良好,存在两个50 dB以上的隔声峰与一个可调式的隔声峰.通过分析简单结构的首阶共振模态并构建其等效模型,从理论上探究了结构参数对薄膜声学超材料隔声性能的影响,并通过有限元计算验证了其等效模型的正确性;综合分析材料的特征频率与传输损失曲线,进一步讨论了结构的隔声机理,分析结果表明,在特征频率处,薄膜的“拍动”会导致声波在其后的传播过程中干涉相消,实现声波的衰减;通过Fano共振理论,探究了各共振点处传输损失曲线特征不同的原因;压电质量块与外接电路组成LC振荡电路,在电路的共振频率处,压电材料的振动可以吸收声波的能量从而造成一个隔声峰,同时可以改变外接电路的参数来调整电路的共振频率,从而实现对隔声性能的调控.最后,探究了压电质量块偏心量对材料性能的影响,并通过有限元计算验证了材料隔声性能的可调性.研究结果为可调式薄膜声学超材料的设计提供了理论参考.