A PMNN‐PZT Piezoceramic Based Magneto‐Mechano‐Electric Coupled Energy Harvester

材料科学 压电 能量收集 振动 电介质 电场 磁场 功率密度 电压 声学 核磁共振 激发 复合材料 光电子学 电气工程 能量(信号处理) 功率(物理) 物理 工程类 量子力学
作者
Zhonghui Yu,Jikun Yang,Jiawei Cao,Lang Bian,Zhanmiao Li,Xiaoting Yuan,Zehuan Wang,Qunyang Li,Shuxiang Dong
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (25) 被引量:40
标识
DOI:10.1002/adfm.202111140
摘要

Abstract It is desired to obtain a piezoceramic with a high piezoelectric coefficient and low dielectric loss simultaneously for energy harvester application. Herein, it is reported that the 0.025Pb(Mn 1/3 Nb 2/3 )O 3 ‐0.525Pb(Ni 1/3 Nb 2/3 )O 3 ‐0.135PbZrO 3 ‐0.315PbTiO 3 (PMNN‐PZT) ceramic exhibits superior piezoelectric charge parameter e 33 of 37.74 pC m −2 and low dielectric loss tanδ of 0.45%. Furthermore, a PMNN‐PZT ceramic‐based magneto‐mechano‐electric coupled energy harvester (MMEC‐EH) with a varying‐stiffness cantilever is designed and fabricated, which shows the strong self‐resonance effect in response to a random, transient impulse vibration or magnetic field stimulus. The investigations show that under a 0.6 s pulse vibration stimulus, the MMEC‐EH can tune itself into self‐resonance damping oscillation lasting for six seconds at its resonance frequency of 16 Hz, and the produced maximum power is 1.96 mW RMS . Under both weak magnetic field and force‐field dual‐stimulus ( H ac = 0.5 Oe and a = 0.05 g), the generated power density is about 60 mW RMS Oe −2 g −2 cm −3 , which is one to two orders of magnitude higher than those previously reported MMEC‐EHs. Finally, the MMEC‐EH is successfully demonstrated to power temperature/humidity sensors, indicating its potential for harvesting both weak vibration and magnetic field energy from environments for self‐powered sensor application.
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