检测振动是一项重要的传感器技术,这种技术可被用于健康和损伤检测、安保和自然灾害预防等方面。不同的应用领域对振动传感器的要求也不同。为了与智能材料系统和结构兼容,需要传感器具备体积小、重量轻等特点;而应用于极端恶劣环境时,传感器则应具备自供电或自感应的特点。
纳米发电机通过从人体或外界环境中收集能量转化为电能,是一种新型的自供能量的纳米技术。国家纳米科学中心和北京纳米能源与系统研究所的科研人员展示了纳米发电机在探测振动方面的应用。此传感器的突出优点是无需外电源供电,价格低廉、体积小和重量轻。通过单个纳米发电机的输出电压/电流的信号可推测局部鼓膜振动的频率、速度和振幅等。整个鼓膜的振动情况可以通过多个放于不同位置的纳米发电机的电学信号获得。理论计算的振动模态能够很好的解释通过纳米发电机测得的鼓膜的振动谱。与结构复杂、价格昂贵的激光测振仪相比,体积小、成本低、自供电的纳米发电机也能够准确地检测鼓膜局部振动频率。
这项研究拓宽了纳米发电机的应用领域,同时也展示了其在声波探测技术、环境与基础设施的监控等方面存在的巨大的潜力。论文相关结果发表在2013年2月11日【Nanotechnology 24 055501】。相关链接:http://iopscience.iop.org/0957-4484/24/5/055501(原文请见附件)
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图(a) 纳米发电机的结构;图(b) ZnO薄膜SEM横截面图像;图(c)测量鼓膜振动的实验示意图和真实的光学图像;图(d)t=0.2s时模拟的鼓膜振动状态;图(f)纳米发电机的工作原理。