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能夠隔空為水下儀器和人體植入設備充電的超聲波
2022年04月20日 10:14:36
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：羊舌木 點擊量：4682
韓國科學技術研究院電子材料研究中心一研究團隊開發(fā)了一種可應用于人體植入物的超聲波無線能量傳輸充電技術，該技術也可為監(jiān)測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) 項目成果】水下儀器、設備由于需長時間正常工作，因此需要不斷的能源支之稱。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)范圍和工作時間。因此，需要采用無線充電的方式來擴大水下機電設備的巡航時長與巡航范圍。
盡管電磁感應和磁共振也能夠用于無線能量充電，但電磁感應使用的限制是電磁波不能穿過水或金屬，導致充電距離短，并且其充電過程中產(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，存在干擾其他無線通信頻率的風險，如Wi-Fi和藍牙等。超聲波卻能夠在水下“暢通無阻”，還能夠遠距離傳播且能量衰減小。
日前，韓國科學技術研究院電子材料研究中心一研究團隊開發(fā)了一種可應用于人體植入物的超聲波無線能量傳輸充電技術，該技術也可為監(jiān)測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)療應用中，超聲波在人體中的安全性已得到驗證，如器官或胎兒狀況的診斷。研究團隊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現(xiàn)商業(yè)化的困難。
研究小組開發(fā)了一個模型，利用摩擦起電原理接收超聲波并將其轉換為電能，該原理可以將小的機械振動有效地轉換為電能。通過在摩擦電發(fā)電機中加入鐵電材料，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8毫瓦，這足以同時操作200個LED或在水下進行藍牙傳感器數(shù)據(jù)通信。新開發(fā)的裝置具有較高的能量轉換效率，產(chǎn)生的熱量也很低。
該項研究表明，電子設備可通過超聲波以無線充電方式來驅動。盡管這一方法的能量傳輸效率僅為4%，還存在有較大改進空間，但隨著未來設備的穩(wěn)定性和效率進一步的提高，這項技術不僅能夠應用于為植入式傳感器供電，還能夠為深海傳感器等水下儀器無線充電，為各類需要隔空充電的設備充電這一美好愿景打下了堅實的基礎與盼望。
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