Tympanic membrane metamaterial inspired multifunctional low-frequency acoustic triboelectric nanogenerator

材料科学 摩擦电效应 纳米发生器 声学 电压 声压 超材料 能量收集 谐振器 声能 机械能 次声 压电 光电子学 功率(物理) 电气工程 声音(地理) 复合材料 物理 工程类 量子力学
作者
Ming Yuan,Wenlong Zhang,Yanhang Tai,Wangzhen Yan,Yawei Jiang,Sheng Zhang,Yannan Xie
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:128: 109816-109816
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2024.109816
摘要

This study introduces the Tympanic Membrane Metamaterial inspired acoustic Triboelectric Nanogenerator (TMM-TENG), which exhibits subwavelength structural dimensions and effective sound absorption within low-frequency ranges. The performance of acoustic energy harvesting is increased by replacing rigid bottom of the acoustic cavity with an elastic part and introducing a point-surface mechanism. Experimental tests employing the proposed mechanism are then conducted. The obtained results show a remarkable 2220% increase in the output voltage of the TMM-TENG compared with the traditional approach. As for the acoustic energy harvesting performance, for a sound pressure level (SPL) of 95 dB, the peak-to-peak value of the output voltage reaches 500 V, with a measured current of 40 μA and a maximum output power of 3.05 mW. Moreover, the incorporation of an elastic part into the TMM-TENG proves advantageous in the manipulation of low-frequency sound waves. The acoustic performance of the device can also be regulated by adjusting the thickness of the elastic part. In addition, multiple TMM-TENGs with varying elastic part thicknesses are placed on a duct, and band-limited white noise is generated to evaluate the sound reduction ability without limiting the air ventilation. Furthermore, the mounted TMM-TENG allows to perform of self-powered wireless temperature sensing and acoustic telecommunication functionalities.
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