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能夠隔空為水下儀器和人體植入設(shè)備充電的超聲波
2022年04月20日 10:14:36
來(lái)源：化工儀器網(wǎng) 作者：羊舌木 點(diǎn)擊量：4731
韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院電子材料研究中心一研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種可應(yīng)用于人體植入物的超聲波無(wú)線能量傳輸充電技術(shù)，該技術(shù)也可為監(jiān)測(cè)海底電纜狀況的傳感器等水下儀器的電池充電。
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】水下儀器、設(shè)備由于需長(zhǎng)時(shí)間正常工作，因此需要不斷的能源支之稱(chēng)。然而有線充電或自帶電池的方式，限制了水下儀器的作業(yè)范圍和工作時(shí)間。因此，需要采用無(wú)線充電的方式來(lái)擴(kuò)大水下機(jī)電設(shè)備的巡航時(shí)長(zhǎng)與巡航范圍。
盡管電磁感應(yīng)和磁共振也能夠用于無(wú)線能量充電，但電磁感應(yīng)使用的限制是電磁波不能穿過(guò)水或金屬，導(dǎo)致充電距離短，并且其充電過(guò)程中產(chǎn)生的熱量是有害的，因此這種方法不能輕易地用于為植入式醫(yī)療裝置充電。而磁共振法要求磁場(chǎng)發(fā)生器和發(fā)射裝置的共振頻率完全相同，存在干擾其他無(wú)線通信頻率的風(fēng)險(xiǎn)，如Wi-Fi和藍(lán)牙等。超聲波卻能夠在水下“暢通無(wú)阻”，還能夠遠(yuǎn)距離傳播且能量衰減小。
日前，韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院電子材料研究中心一研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種可應(yīng)用于人體植入物的超聲波無(wú)線能量傳輸充電技術(shù)，該技術(shù)也可為監(jiān)測(cè)海底電纜狀況的傳感器等水下儀器的電池充電。超聲波的聲吶通常用于水下環(huán)境，在器官或胎兒狀況診斷等各種醫(yī)療應(yīng)用中，超聲波在人體中的安全性已得到驗(yàn)證，如器官或胎兒狀況的診斷。研究團(tuán)隊(duì)采用超聲波作為能量傳輸媒介，但仍遇到聲能的傳輸效率低、現(xiàn)有的聲能傳輸方法不容易實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的困難。
研究小組開(kāi)發(fā)了一個(gè)模型，利用摩擦起電原理接收超聲波并將其轉(zhuǎn)換為電能，該原理可以將小的機(jī)械振動(dòng)有效地轉(zhuǎn)換為電能。通過(guò)在摩擦電發(fā)電機(jī)中加入鐵電材料，超聲波的能量傳輸效率從不到1%大幅提高到4%以上。此外，在6厘米的距離上可以充電超過(guò)8毫瓦，這足以同時(shí)操作200個(gè)LED或在水下進(jìn)行藍(lán)牙傳感器數(shù)據(jù)通信。新開(kāi)發(fā)的裝置具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率，產(chǎn)生的熱量也很低。
該項(xiàng)研究表明，電子設(shè)備可通過(guò)超聲波以無(wú)線充電方式來(lái)驅(qū)動(dòng)。盡管這一方法的能量傳輸效率僅為4%，還存在有較大改進(jìn)空間，但隨著未來(lái)設(shè)備的穩(wěn)定性和效率進(jìn)一步的提高，這項(xiàng)技術(shù)不僅能夠應(yīng)用于為植入式傳感器供電，還能夠?yàn)樯詈鞲衅鞯人聝x器無(wú)線充電，為各類(lèi)需要隔空充電的設(shè)備充電這一美好愿景打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)與盼望。
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