新突破！電磁感應和磁共振可用于無(wú)線(xiàn)能量充電

隨著(zhù)人口老齡化和醫療技術(shù)的進(jìn)步，使用人工心臟起搏器和除顫器等植入式電子設備的患者數量在全球范圍內不斷增加。韓國科學(xué)技術(shù)研究院(KIST)宣布，由電子材料研究中心宋憲哲博士領(lǐng)導的研究團隊開(kāi)發(fā)了一種可應用于人體植入物的超聲波無(wú)線(xiàn)能量傳輸充電技術(shù)，該技術(shù)也可為監測海底電纜狀況的傳感器等水下儀器的電池充電。相關(guān)研究近日發(fā)表在《能源和環(huán)境科學(xué)》雜志。

電磁感應和磁共振可用于無(wú)線(xiàn)能量傳輸。電磁感應目前用于智能手機和無(wú)線(xiàn)耳機。但其使用的限制是電磁波不能穿過(guò)水或金屬，導致充電距離短。此外，由于充電過(guò)程中產(chǎn)生的熱量是有害的，因此這種方法不能輕易地用于為植入式醫療裝置充電。磁共振法要求磁場(chǎng)發(fā)生器和發(fā)射裝置的共振頻率完全相同，存在干擾其他無(wú)線(xiàn)通信頻率(如Wi-Fi和藍牙)的風(fēng)險。

KIST團隊采用超聲波而不是電磁波或磁場(chǎng)作為能量傳輸介質(zhì)。使用超聲波的聲吶通常用于水下環(huán)境，在器官或胎兒狀況診斷等各種醫療應用中，超聲波在人體中的安全性已得到驗證。然而，現有的聲能傳輸方法由于聲能傳輸效率低，不易實(shí)現商業(yè)化。

研究小組開(kāi)發(fā)了一種模型，該模型使用摩擦電原理接收超聲波并將其轉換為電能，該原理可有效地將微小的機械振動(dòng)轉換為電能。通過(guò)在摩擦發(fā)電機中添加鐵電材料，超聲波能量傳遞效率從不到1%顯著(zhù)提高到4%以上。其可在6厘米的距離處充電超過(guò)8毫瓦的功率，這足以同時(shí)操作200個(gè)LED或在水下傳輸藍牙傳感器數據。新開(kāi)發(fā)的裝置具有較高的能量轉換效率并產(chǎn)生少量熱量。

宋博士說(shuō)：“這項研究表明，電子設備可通過(guò)超聲波以無(wú)線(xiàn)充電方式來(lái)驅動(dòng)。如果未來(lái)設備的穩定性和效率進(jìn)一步提高，這項技術(shù)可應用于為植入式傳感器或深海傳感器無(wú)線(xiàn)供電。”

總編輯圈點(diǎn)

如今最常見(jiàn)的“隔空充電”，當屬電磁感應和磁共振。兩者原理相同，都是電生磁，磁生電。電磁感應充電效率較高，但制約因素也很明顯——距離。磁共振法則容易產(chǎn)生干擾。此次，科研人員瞄準了一種我們同樣熟悉的傳輸介質(zhì)——超聲波，并采取方法提升了聲能轉化為電能的效率。不過(guò)我們也能看到，這一方法的能量傳輸效率為4%，其實(shí)還有較大改進(jìn)空間。真要實(shí)現為各類(lèi)需要隔空充電的設備充電這一美好愿景，還得進(jìn)一步開(kāi)展設計和研究。(科技日報記者 張夢(mèng)然)

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