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震動可作清潔電力資源廣泛利用

http://www.kadhoai.com.cn 2026-04-07 19:17:00 來源:科學時報

  

   根據一項最新的研究,來自人們生活和工作場所的震動可以作為一種清潔電力資源被更廣泛地利用。這種被稱作“能量收集”(energy harvesting)的(de)概(gai)念(nian)已(yi)經(jing)提(ti)出(chu)十(shi)多(duo)年(nian)之(zhi)久(jiu)。如(ru)今(jin),英(ying)國(guo)科(ke)學(xue)家(jia)正(zheng)在(zai)研(yan)究(jiu)是(shi)否(fou)可(ke)以(yi)把(ba)更(geng)廣(guang)範(fan)圍(wei)的(de)震(zhen)動(dong)用(yong)於(yu)這(zhe)一(yi)用(yong)途(tu)。他(ta)們(men)希(xi)望(wang)有(you)朝(chao)一(yi)日(ri),能(neng)量(liang)收(shou)集(ji)可(ke)以(yi)更(geng)多(duo)地(di)為(wei)人(ren)們(men)使(shi)用(yong)的(de)設(she)備(bei)提(ti)供(gong)電(dian)力(li),如(ru)心(xin)率(lv)監(jian)視(shi)器(qi)和(he)手(shou)機(ji)。

  商業能量收集設備業已存在,例如利用來自工業水泵的震動為監視水泵狀況的傳感器提ti供gong電dian力li。在zai這zhe項xiang最zui新xin的de研yan究jiu中zhong,英ying國guo布bu裏li斯si托tuo爾er大da學xue的de研yan究jiu人ren員yuan正zheng在zai探tan索suo如ru何he利li用yong諸zhu如ru直zhi升sheng飛fei機ji和he火huo車che這zhe樣yang的de大da型xing機ji械xie產chan生sheng的de震zhen動dong來lai產chan生sheng電dian力li,同tong時shi來lai自zi家jia用yong電dian器qi和he人ren體ti運yun動dong的de震zhen動dong也ye可ke以yi以yi這zhe種zhong方fang式shi加jia以yi利li用yong。

  領導這一項目的布裏斯托爾大學的Stephen Burrow博士解釋說,這樣的震動能量收集設備利用了一根尾端帶有一個線圈的彈簧,“這個線圈和彈簧會利用一種叫做共振的現象,將小的震動擴大,從而能夠獲取有用的能量”。他補充說:“甚至隻有幾毫瓦的電力就能為小型電子設備提供電力,如心率監視器或是發動機溫度傳感器,而且還能為電力不足的設備充電,例如MP3播放器或手機。”

  Burrow介jie紹shao說shuo,共gong振zhen就jiu是shi一yi個ge物wu體ti發fa出chu相xiang對dui較jiao大da的de震zhen動dong,其qi直zhi接jie結jie果guo是shi在zai另ling一yi個ge物wu體ti上shang產chan生sheng較jiao小xiao的de震zhen動dong,而er且qie第di二er個ge物wu體ti產chan生sheng的de震zhen動dong與yu第di一yi個ge物wu體ti震zhen動dong的de自zi然ran共gong振zhen頻pin率lv相xiang似si。而er一yi個ge物wu體ti的de自zi然ran共gong振zhen頻pin率lv就jiu是shi當dang它ta受shou到dao外wai部bu刺ci激ji發fa出chu自zi然ran震zhen動dong時shi的de頻pin率lv。

  現有的設備能夠探測到的震動頻率(每秒震動的次數)的de範fan圍wei很hen狹xia窄zhai。如ru果guo震zhen動dong不bu是shi以yi正zheng確que的de頻pin率lv發fa生sheng,那na麼me產chan生sheng的de電dian力li幾ji乎hu低di得de不bu能neng使shi用yong。這zhe在zai應ying用yong中zhong是shi一yi個ge很hen大da的de問wen題ti,如ru運yun輸shu或huo人ren體ti運yun動dong,震zhen動dong的de頻pin率lv總zong是shi在zai變bian化hua。

  為wei了le克ke服fu這zhe種zhong局ju限xian性xing,布bu裏li斯si托tuo爾er大da學xue的de研yan究jiu小xiao組zu正zheng在zai開kai發fa一yi種zhong新xin的de設she備bei,其qi中zhong的de線xian圈quan和he彈dan簧huang可ke以yi在zai更geng廣guang範fan圍wei的de頻pin率lv中zhong發fa生sheng共gong振zhen。這zhe將jiang使shi更geng大da範fan圍wei內nei的de震zhen動dong被bei探tan測ce到dao,並bing因yin此ci增zeng加jia能neng量liang收shou集ji對dui於yu能neng源yuan供gong應ying的de貢gong獻xian。研yan究jiu人ren員yuan相xiang信xin,通tong過guo探tan索suo非fei線xian性xing彈dan簧huang的de特te性xing能neng夠gou達da到dao這zhe個ge結jie果guo。

  據ju介jie紹shao,在zai彈dan性xing限xian度du內nei,彈dan簧huang的de彈dan力li和he彈dan簧huang的de長chang度du成cheng正zheng比bi,這zhe就jiu是shi胡hu克ke定ding律lv。一yi根gen非fei線xian性xing彈dan簧huang,彈dan力li和he彈dan簧huang長chang度du之zhi間jian有you著zhe複fu雜za的de關guan係xi,彈dan簧huang可ke以yi根gen據ju被bei壓ya縮suo的de軟ruan硬ying度du而er設she計ji。當dang這zhe些xie彈dan簧huang被bei應ying用yong於yu能neng量liang收shou集ji時shi,線xian圈quan和he彈dan簧huang便bian不bu再zai在zai一yi種zhong頻pin率lv下xia共gong振zhen,而er是shi將jiang響xiang應ying更geng廣guang範fan圍wei的de震zhen動dong頻pin率lv。

  能(neng)量(liang)收(shou)集(ji)會(hui)產(chan)生(sheng)類(lei)似(si)於(yu)電(dian)池(chi)的(de)低(di)水(shui)平(ping)電(dian)量(liang),但(dan)是(shi)不(bu)需(xu)要(yao)像(xiang)電(dian)池(chi)那(na)樣(yang)更(geng)換(huan),或(huo)是(shi)處(chu)理(li)電(dian)池(chi)裏(li)麵(mian)的(de)化(hua)學(xue)物(wu)質(zhi)所(suo)帶(dai)來(lai)的(de)潛(qian)在(zai)危(wei)險(xian)和(he)汙(wu)染(ran)。它(ta)們(men)還(hai)可(ke)應(ying)用(yong)於(yu)不(bu)適(shi)合(he)硬(ying)接(jie)線(xian)的(de)地(di)方(fang)、容易受到破壞的地方或是不易於維護的地方。

  這樣的機器可以被廣泛地應用,例如為無線監視和診斷傳感器提供電力,這些傳感器可以測量人體心率、體溫和血壓或是發動機部件、建築結構部件所承受的壓力,以及監視鐵軌上運行的火車的刹車溫度。

  Burrow補充說:“有大量免費的清潔能源以震動的形式存在,隻是現在還沒有被利用到。更廣頻率的能量收集可以為更有效、更持久地滿足能源需求作出有意義的貢獻。”他預計,更廣頻率的能量收集設備將有望在5年內投入實際使用。

  

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