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压电-挠性电能量采集器性能研究( Investigations on the performance of piezoelectric-flexoelectric energy harvesters )
EF Rojas S Faroughi A Abdelkefi YH Park
柔性电机电系统因其在纳米尺度上获取能量的能力而受到了最近的关注，而压电系统不能产生可观的能量。研究了挠性电材料的尺寸依赖性；然而，由于压电效应在纳米尺度上的性能较低，它在很大程度上被忽略了。为了确定压电和/或柔电系统在不同尺度下的性能，本文建立了一个考虑材料结构、尺寸依赖和表面光滑度影响的压电-柔电降阶模型。尺寸依赖效应用经典的偶应力理论计算，表面弹性效应用Gurtin-Murdoch理论模拟。由于制造精度的要求，在纳米尺度上实现了包含非光滑表面的表面完整性建模。引入了多相模型来模拟纳米晶衬底的材料结构，并考虑了孔隙率的影响。在纳米尺度上，压电-柔电组合结构和仅柔电结构的性能相似，变化很小；然而，在从纳米到微米的过渡尺度上，组合系统的性能优于仅压电或仅柔性电结构。在所有情况下，非光滑表面增加了系统的收获功率水平。这项研究不仅显示了柔性电结构在纳米尺度上的性能，而且表明压电-柔性电系统在微尺度上可以产生比以前想象的更多的功率。
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