Kirigami auxetic structure for high efficiency power harvesting in self-powered and wireless structural health monitoring systems

算法 辅助 材料科学 功率(物理) 计算机科学 拓扑(电路) 能量(信号处理) 有限元法 无线传感器网络 能量收集 机械工程 物理 电气工程 数学 复合材料 热力学 工程类 统计 计算机网络
作者
Saman Farhangdoust,Gary E. Georgeson,Jeong-Beom Ihn,Fu-Kuo Chang
出处
期刊:Smart Materials and Structures [IOP Publishing]
卷期号:30 (1): 015037-015037 被引量:18
标识
DOI:10.1088/1361-665x/abcaaf
摘要

Abstract Kirigami and auxetic topologies are combined to design an innovative metamaterial-based substrate (MetaSub) for piezoelectric energy harvesters. The proposed MetaSub piezoelectric energy harvester (MPEH) contains both advantageous metamaterial properties of negative Poisson’s ratio capability and enhanced planar stretchability. A computational parametric analysis is conducted to develop the optimum design for the MPEH to trap the maximum elastic energy. A finite element analysis (FEA) is employed to analytically and numerically validate the simulation model of the MPEH. Accordingly, two experimental results of conventional and auxetic strain energy harvesters are used to evaluate the power enhancement of the MPEH. The FEA results demonstrate the average power gained by the MPEH at a low level of frequency and strain excitation (10 Hz and 150 μ ε peak-to-peak) is 165 μ W which easily satisfies the minimum electric power amount required as a sensor node for self-powered wireless sensor networks. The harvested power output of the MPEH is 19.2 times more than power output produced by an equivalent conventional harvester with a plain substrate (8.6 μ W). The performance of the MPEH is investigated at different combinations of both low and high excitation frequencies. The creative design of the MetaSub can significantly improve the productivity of strain-induced devices whose efficiency is dependent on their deformation performance such as vibration energy harvesters, wearable sensors, flexible actuators, and micro electromechanical applications.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
pluto应助香香香采纳,获得10
刚刚
英勇的黑猫完成签到,获得积分10
刚刚
1秒前
顾矜应助PIEZO2采纳,获得10
3秒前
4秒前
清爽海白发布了新的文献求助10
6秒前
6秒前
coke完成签到,获得积分10
7秒前
7秒前
俭朴的嘉懿完成签到 ,获得积分10
7秒前
JamesPei应助如梦采纳,获得10
8秒前
8秒前
lxl1996完成签到,获得积分10
9秒前
9秒前
65935604发布了新的文献求助10
9秒前
Cunese完成签到,获得积分10
12秒前
12秒前
orange发布了新的文献求助10
12秒前
orange发布了新的文献求助10
12秒前
xzzx完成签到,获得积分10
12秒前
乐乐应助三毛不流浪采纳,获得10
12秒前
爆米花应助无奈皮皮虾采纳,获得10
13秒前
wang发布了新的文献求助10
14秒前
felix完成签到,获得积分10
16秒前
充电宝应助liuyac采纳,获得10
16秒前
PIEZO2发布了新的文献求助10
16秒前
2123121321321完成签到,获得积分10
16秒前
17秒前
gomm完成签到,获得积分10
18秒前
忐忑的忆霜完成签到,获得积分10
18秒前
星上尔烟完成签到 ,获得积分10
20秒前
俭朴苑博完成签到,获得积分10
20秒前
21秒前
21秒前
21秒前
cdercder应助Chen采纳,获得10
24秒前
年少知星河完成签到,获得积分10
25秒前
25秒前
家伟发布了新的文献求助10
26秒前
烟消云散应助一只小学弱采纳,获得10
26秒前
高分求助中
Principles of Economics, 11th Edition 10000
Prescott's Microbiology: 2026 Release ISE 10000
University Physics with Modern Physics, 16th edition 10000
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Environmental Leverage in Times of Climate Crisis: Product Standards, Carbon Border Measures and Preferential Trade Agreements 1000
Interactions of Vowel Quality and Prosody in East Slavic 1000
Erwählung und Berufung bei Paulus: Bedeutung, Entwicklung und Funktion einer Vorstellung in ihrem frühjüdischen und griechisch-römischen Kontext 850
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7190519
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8827746
关于积分的说明 18637737
捐赠科研通 6824484
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3175033
关于科研通互助平台的介绍 2326353
邀请新用户注册赠送积分活动 2149412