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　　工學院董蜀湘課題組高溫壓電振動能量回收研究取得重要進展

　　最近，工學院材料科學與工程系董蜀湘">董蜀湘課題組研制出可在高溫環(huán)境下基于壓電原理的振動能量回收器件，該成果發(fā)表于材料領域權威刊物《先進功能材料》(Advanced Functional Materials，IF=11.382)，題目為“High-Temperature BiScO3-PbTiO3 Piezoelectric Vibration Energy Harvester”。

　　近幾年來，能源材料，特別是針對環(huán)境能量，如熱能、風能、電磁能以及振動能量等回收的能源材料，發(fā)展十分迅速。目前已報道的能源材料，大多只能在室溫附近環(huán)境下工作。例如，傳統(tǒng)的懸臂梁式PZT壓電振動能量回收技術，因其相對較低的居里溫度，以及采用環(huán)氧樹脂粘合劑的復合結構，嚴重制約了它在高溫環(huán)境中的振動能量回收的應用。但是隨著無線傳感器網絡的發(fā)展，在高溫環(huán)境中傳感器能量自貢給問題顯得十分迫切，比如發(fā)動機、內燃機、核能等重要部位的自檢測、傳感與通訊。因此，發(fā)展高溫壓電材料以及可在高溫環(huán)境中實現(xiàn)自供電就是能源材料領域一個急需解決的科學和技術問題。

　　董蜀湘">董蜀湘課題組研制了一種具有高居里點的鈧酸鉍-鈦酸鉛(BiScO3-PbTiO3)基改性壓電陶瓷，居里溫度高達450℃。而傳統(tǒng)的PZT壓電陶瓷，其居里溫度僅為200-350℃。新的壓電陶瓷材料提高了器件在高溫環(huán)境下的穩(wěn)定性;在此基礎上，設計了一種新型的能量回收器件，旨在應于高溫環(huán)境中的振動能量回收。實驗中首次發(fā)現(xiàn)：在給定的外界振動激勵下，這種新型的能量回收器件在高溫下(150-200℃)產生的功率輸出竟然比在室溫下高出一倍!研究進一步揭示，這種壓電陶瓷材料在高溫下其電疇活性被強化，因而增強了它的壓電性能。目前在1個重力加速度激勵下，這這種能量回收器可以產生數(shù)十微瓦的功率輸出。但通過材料和器件結構改進，今后有望實現(xiàn)毫瓦量級的功率輸出。課題組實驗結果表明該能量回收器有潛力應用于高溫環(huán)境中的速度、加速度傳感，以及無線傳感系統(tǒng)的能量自供給。

　　該成果第一作者為工學院材料系13級博士生吳金根，研究得到國家自然科學基金委、北京市科委等項目的支持。

　　董蜀湘">董蜀湘教授簡介：

　　董蜀湘">董蜀湘博士于2008年5月從美國Virginia Tech大學回國加入北京大學工學院材料科學與工程系，受聘為特聘研究員、教授、北京大學終身教授，同時兼任美國Virginia Tech大學兼職教授。董蜀湘">董蜀湘于1993年6月獲清華大學材料科學博士學位;之后，留校工作，歷任清華大學材料系講師、副教授; 1997-1999年，董蜀湘">董蜀湘訪問新加坡國立大學;2000年至2008，董蜀湘">董蜀湘先后受聘為美國賓州大學、美國弗吉尼亞理工大學任副研究員、研究科學家。

　　董蜀湘">董蜀湘長期從事壓電、鐵電、磁電功能材料與器件方面的研究，在理論和器件研究方面都頗有建樹，如在磁電功能材料的理論研究方面，創(chuàng)立了“磁-彈-電”耦合的等效電路方法，這也是目前國際上公認的三種比較成功的理論方法之一;在壓電微馬達方面，最早發(fā)明了世界上最小的壓電微馬達，研發(fā)出低溫驅動器、高溫壓電馬達與高溫驅動器，以及研發(fā)出具有微納米分辨率的系列直線壓電馬達;部分成果已在廈門實現(xiàn)了產業(yè)化;在磁電復合材料研究領域，發(fā)現(xiàn)了最強的磁-電耦合復合材料、發(fā)現(xiàn)磁電復合材料的超高磁場靈敏度、發(fā)現(xiàn)磁電材料的電壓增益效應和電流-電壓轉換效應;在壓電換能器方面，發(fā)現(xiàn)諧振聲場擾動的目標定位方法、聲諧振腔的氫氣檢測方法等。在重要國際SCI收錄刊物上共發(fā)表文章130余篇。文章SCI總引用次數(shù)5000余次;擁有30余項授權美國和中國發(fā)明專利。董蜀湘">董蜀湘還在多個重要國際、國內會議上和多所國內外大學做特邀報告40余次，也是多個國際刊物的審稿人。董蜀湘">董蜀湘曾入選Elsevier 2014和2015年中國高被引學者(Most Cited Chinese Researchers)，入選者被認為是最具世界影響力的中國學者之一。董蜀湘">董蜀湘發(fā)明的1.5毫米直徑壓電微馬達項目曾獲美國賓州州立大學MRL 2000年材料科學進步一等獎。

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