Piezoelectric energy harvester for pacemaker application: a comparative study

材料科学 压电 能量收集 悬臂梁 声学 最大功率原理 电压 压电系数 陶瓷 复合材料 功率(物理) 电气工程 工程类 物理 热力学
作者
Anuruddh Kumar,Raj Kiran,Vishal Singh Chauhan,Rajeev Kumar,Rahul Vaish
出处
期刊:Materials research express [IOP Publishing]
卷期号:5 (7): 075701-075701 被引量:16
标识
DOI:10.1088/2053-1591/aab456
摘要

This study proposes the cantilever design of piezoelectric energy harvester scavenging energy from blood pressure variation in cardiac cycle. The harvester could be a perennial source of power for a typical pacemaker. The concept of three cm long and 72 μm thin cantilever based energy harvester having natural frequency close to that of heartbeat has been proposed. Considering a huge difference between shear (d15) and transverse (d31) piezoelectric coefficient the harvester was operated in two different modes. A number of materials (single and polycrystalline ceramics) along with Pb[ZrxTi1−x]O3 (PZT-5A) were operated in transverse and shear modes. The maximum open circuit voltage found for all cases was ~6 V which was yielded by Pb(Zn1/3Nb2/3)O3–(6–7)% PbTiO3 (PZN-PT) when operating in shear mode. Further, the optimum resistance was calculated for all the materials under study operating in d15 and d31 modes for a wide frequency range. It was found that the maximum power among all materials under study was given by PZN-PT which is ~13 μW while operating in shear mode. Such high magnitude of power harvested is due to its giant d15 which is 6000 pC N−1 and is sufficient to power a typical pacemaker.
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