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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 壓電式自發(fā)電地板的理論研究與實(shí)驗(yàn)初探
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 能源化工
- 簡(jiǎn)介：
- 國(guó)內(nèi)近年來(lái)開(kāi)始了有關(guān)壓電材料的研究，并且申請(qǐng)了相關(guān)專利。雖然國(guó)內(nèi)相關(guān)研究獲得了一定的成果，但是距離壓電發(fā)電地板的實(shí)際應(yīng)用還很大。據(jù)此，本項(xiàng)目開(kāi)展了以下研究工作：對(duì)國(guó)內(nèi)外的一些研究團(tuán)體、研究現(xiàn)狀、研究水平、發(fā)表專利論文和報(bào)道進(jìn)行全面的把握和深入了解；進(jìn)行壓電式自發(fā)電地板的理論模擬和研究；壓電材料的優(yōu)選和性能研究；壓電式自發(fā)電地板發(fā)電能力核心技術(shù)的討論與探索，進(jìn)行壓電式自發(fā)電地板的初步實(shí)驗(yàn)探索。
- 詳細(xì)介紹：
- 本項(xiàng)目主要進(jìn)行壓電式自發(fā)電地板的理論研究與實(shí)驗(yàn)初探，對(duì)國(guó)內(nèi)外的一些研究團(tuán)體、研究現(xiàn)狀、研究水平、發(fā)表專利論文和報(bào)道進(jìn)行全面的把握和深入了解。2007年美國(guó)麻省理工的學(xué)生提出了把人流踩踏地板的沖擊力轉(zhuǎn)換并收集做為電能的構(gòu)想，而后美國(guó)芝加哥的設(shè)計(jì)師在人行道上試驗(yàn)了4塊2英尺乘4英尺的壓電板裝置，成功點(diǎn)亮了4個(gè)發(fā)光二極管。在去年的世博會(huì)上，日本館展示了其發(fā)電地板技術(shù)。 國(guó)內(nèi)近年來(lái)也開(kāi)始了關(guān)于壓電材料的研究，并且獲得了一些比價(jià)好的壓電材料，并且申請(qǐng)了相關(guān)專利。雖然國(guó)內(nèi)相關(guān)研究在材料等方面上獲得了一定的成果，但是距離壓電發(fā)電地板的實(shí)際應(yīng)用還很大。針對(duì)目前報(bào)道的研究成果和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，本項(xiàng)目開(kāi)展了以下研究工作：進(jìn)行壓電式自發(fā)電地板的理論模擬和研究；壓電材料的優(yōu)選和性能研究；壓電式自發(fā)電地板發(fā)電能力核心技術(shù)的討論與探索，進(jìn)行壓電式自發(fā)電地板的初步實(shí)驗(yàn)探索。后期，做出實(shí)物展示并投入到實(shí)際應(yīng)用。
作品圖片
作品專業(yè)信息
撰寫(xiě)目的和基本思路
- 撰寫(xiě)目的：本項(xiàng)目以壓電式自發(fā)電地板為研究對(duì)象，深入調(diào)研最新國(guó)內(nèi)外研究團(tuán)體、現(xiàn)狀與水平、報(bào)道成果。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行壓電式自發(fā)電地板的理論模擬和研究，材料的優(yōu)選和性能研究，壓電自發(fā)電地板核心技術(shù)的討論。為后續(xù)核心技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)奠定基礎(chǔ)。 基本思路：在充分調(diào)研國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對(duì)壓電式自發(fā)電地板進(jìn)行理論的模擬和估算，進(jìn)行核心技術(shù)的討論與分析，進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，取得理論研究和實(shí)驗(yàn)探索的初步進(jìn)展。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 壓電材料作為一種新穎的實(shí)現(xiàn)機(jī)械能到電能直接轉(zhuǎn)換的功能材料，具有廣泛的應(yīng)用前景和實(shí)用價(jià)值。利用壓電效應(yīng)所開(kāi)發(fā)的壓電式自發(fā)電地板，將生活中無(wú)處不在的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，用于電能儲(chǔ)存設(shè)備的充電，實(shí)現(xiàn)環(huán)境機(jī)械能量的循環(huán)回收再利用，其能量的轉(zhuǎn)換、收集、儲(chǔ)存過(guò)程不產(chǎn)生任何的環(huán)境污染，是非常環(huán)保清潔的能源利用方式，符合國(guó)家節(jié)能減排的國(guó)策和全球低碳經(jīng)濟(jì)的潮流。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 在人流量較大的地方，將人群踩壓在發(fā)電地板上產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，進(jìn)行收集處理，存儲(chǔ)電能并利用。個(gè)人產(chǎn)生的壓力振動(dòng)能量較小，將大量人群踩踏產(chǎn)生的機(jī)械能累積起來(lái)，就會(huì)產(chǎn)生非常巨大的電能。此發(fā)電地板的能量源頭是將消耗的機(jī)械能回收利用，不消耗其他能源，這項(xiàng)技術(shù)能夠有效地緩解當(dāng)今的能源危機(jī)。本項(xiàng)目更重要的價(jià)值在于保護(hù)自然環(huán)境，為社會(huì)帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。本項(xiàng)目的開(kāi)展將為緩解能源危機(jī)貢獻(xiàn)力量。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 壓電式自發(fā)電地板是基于壓電材料的壓電效應(yīng)，直接將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。壓電式自發(fā)電地板受力后，表面產(chǎn)生電荷，電荷經(jīng)過(guò)后續(xù)電路的處理收集用于供電，是一種基于能量轉(zhuǎn)換、采集、存儲(chǔ)技術(shù)與裝備的綜合運(yùn)用。壓電式自發(fā)電地板可以廣泛應(yīng)用在人流量較大的諸如步行街,商場(chǎng)出入口,跳舞池等場(chǎng)所采集振動(dòng)機(jī)械能量，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能存儲(chǔ)設(shè)備供電?？梢詫?shí)現(xiàn)能量的循環(huán)再利用，而且能量的轉(zhuǎn)換采集儲(chǔ)存過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生任何的污染，是非常環(huán)保的能源回收再利用技術(shù)，完全符合我國(guó)“節(jié)能減排”的國(guó)策和全球“低碳經(jīng)濟(jì)”的發(fā)展潮流。
獲獎(jiǎng)情況
- 在“挑戰(zhàn)杯”校內(nèi)總決賽中榮獲二等獎(jiǎng)。
鑒定結(jié)果
- 經(jīng)初步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該項(xiàng)目具有實(shí)際意義，能產(chǎn)生電荷。
參考文獻(xiàn)
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同類課題研究水平概述
- 壓電自發(fā)式地板利用壓電材料的壓電效應(yīng)，直接將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能加以利用。國(guó)內(nèi)外都非常重視該項(xiàng)技術(shù)和產(chǎn)品，希望在該領(lǐng)域有較大的突破，緩解日益短缺的能源需求。對(duì)壓電效應(yīng)相關(guān)技術(shù)的研究和利用，技術(shù)比較成熟的國(guó)家有美國(guó)、日本等國(guó)家，尤其以日本的技術(shù)較先進(jìn)。 在上海世博會(huì)上，日本館展示了其壓電發(fā)電地板技術(shù)，參觀的人們只要把雙腳輪流向地板踩踏幾下，指示發(fā)電量的指示燈就會(huì)顯示出實(shí)際產(chǎn)生的電量。此外日本音力發(fā)電公司的發(fā)電地板也有相關(guān)的展示和報(bào)道。該公司的發(fā)電地板由每塊面積50平方厘米的發(fā)電瓷磚組成，每塊瓷磚踩一下就能發(fā)出0.1瓦特電點(diǎn)亮周?chē)?0至100個(gè)發(fā)光二極管燈泡。 2007年美國(guó)麻省理工學(xué)院學(xué)生提出了把人流踩踏地板的沖擊力接收來(lái)并轉(zhuǎn)換為電能的構(gòu)想，而后美國(guó)芝加哥的自由設(shè)計(jì)師在人行道上試驗(yàn)了4塊2英尺乘4英尺的壓電板裝置，成功點(diǎn)亮了4個(gè)發(fā)光二極管。 國(guó)內(nèi)近年來(lái)進(jìn)行的壓電材料研究也取得了較好的成果。2009年西安交大研發(fā)出對(duì)環(huán)境無(wú)害的無(wú)鉛壓電材料“鋯鈦酸鋇鈣”，其壓電性能50年來(lái)首次超越含鉛壓電材料，有可能引發(fā)工業(yè)界向無(wú)鉛材料的變革，解決鉛對(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題。然而對(duì)于具體的壓電發(fā)電地板產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有成熟的技術(shù)和產(chǎn)品，更缺乏相關(guān)的展示和報(bào)道。相關(guān)的新材料研制、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電能采集和儲(chǔ)存等技術(shù)還需要進(jìn)行深入、系統(tǒng)的研究。
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