我國“雙碳”戰略倡導綠色

、環保
、低(di)碳(tan)的(de)生(sheng)活(huo)方(fang)式(shi)，這(zhe)有(you)賴(lai)於(yu)綠(lv)色(se)能(neng)源(yuan)技(ji)術(shu)的(de)不(bu)斷(duan)發(fa)展(zhan)創(chuang)新(xin)。在(zai)我(wo)國(guo)大(da)力(li)發(fa)展(zhan)可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)的(de)當(dang)下(xia)，磁(ci)能(neng)等(deng)現(xian)實(shi)環(huan)境(jing)中(zhong)微(wei)能(neng)源(yuan)的(de)回(hui)收(shou)再(zai)利(li)用(yong)引(yin)起(qi)眾(zhong)多(duo)研(yan)究(jiu)者(zhe)的(de)關(guan)注(zhu)。

　　哈爾濱工程大學水聲工程學院與創新發展基地“海洋磁傳感器和探測”團隊青年教師、副教授儲昭強研究設計了一種新型弱磁能收集器結構，可使物聯網傳感器免於更換、維修電池等種種人工繁瑣操作，實現弱磁條件下的“自發電”，其輸出功率比傳統磁能收集結構提高約120%。近日，該研究學術論文“兩端夾持磁—力—電俘能器件中顯著增強的弱磁能量回收性能”在能源材料領域國際著名期刊《先進能源材料》在線發表。

　　回收再利用環境中的微能源

　　“萬物互聯”是shi打da造zao智zhi能neng世shi界jie的de一yi個ge重zhong要yao引yin擎qing，也ye催cui生sheng了le物wu聯lian網wang技ji術shu的de快kuai速su發fa展zhan。目mu前qian
，發fa展zhan物wu聯lian網wang的de一yi大da挑tiao戰zhan是shi尋xun找zhao傳chuan感gan通tong信xin節jie點dian的de自zi供gong能neng技ji術shu，以yi支zhi持chi大da規gui模mo、分布式傳感網絡的構建。

　　針對這一技術挑戰，我國多個領域都在積極籌劃以圖破解之道。2021年國家重點研發計劃“智能傳感器”重點專項針對人體多參量生物傳感器在無線場景下自供能入網難題，提出研究從人體獲取能量的自供能技術；2022年國家重點研發計劃“智能傳感器”重點專項針對配用電網絡狀態感知分布式傳感器的供能入網難題
，提出了磁電耦合自供能磁場敏感元件及傳感器的項目指南
；2022年國家自然科學基金也將攻關航天用微型壓電振動俘能技術納入指南範圍。

　　可ke以yi說shuo發fa展zhan分fen布bu式shi能neng源yuan獲huo取qu技ji術shu，實shi現xian環huan境jing中zhong微wei能neng源yuan的de回hui收shou再zai利li用yong具ju有you重zhong要yao價jia值zhi，也ye是shi響xiang應ying國guo家jia節jie能neng減jian排pai戰zhan略lve，助zhu力li碳tan達da峰feng的de有you效xiao舉ju措cuo。

　　對於環境微能源的回收利用，在振動能


、輻射能和近場電磁能等眾多可收集能源中，電力電纜、工gong業ye機ji械xie和he家jia用yong電dian器qi等deng產chan生sheng的de雜za散san磁ci能neng由you於yu其qi頻pin率lv固gu定ding和he分fen布bu廣guang泛fan，比bi風feng能neng等deng低di頻pin能neng量liang獲huo取qu效xiao率lv更geng高gao，一yi直zhi受shou到dao研yan究jiu人ren員yuan的de關guan注zhu。特te別bie是shi在zai建jian設she智zhi能neng電dian網wang的de背bei景jing下xia，對dui輸shu電dian線xian路lu狀zhuang態tai參can數shu的de在zai線xian監jian測ce與yu故gu障zhang診zhen斷duan迫po切qie需xu要yao從cong架jia空kong電dian纜lan中zhong俘fu獲huo能neng量liang而er構gou建jian可ke持chi續xu的de自zi供gong能neng傳chuan感gan網wang絡luo。

　　就如小說《三體》中描繪的那個美麗新世界，杯子無需電源
、dianchi，keyizijiare，kongzhongdefeicheyebuyongdianchi，quenengbutingdifei，yongyuanyebuhuimeiyoudian，doushiyouyudianyuanyongweibohuoqitaxingshidediancizhendanglaifadianerxingchengdewuxiangongdianchang。zhezhongjishuqishijiushimuqianyongyushoujiwuxianchongdiandejishu。zuichu，renmenyebamuguangtouxianglezhezhongchuantongxianquanshiganyingqudianzhuangzhi。danshizhezhongjishuyouzhetijida、安裝不便和難以耐受短時大電流衝擊等突出問題。

　　因而
，人們開始研究一種由磁能轉化為機械能再轉化為電能(MME)的俘能裝置，這一技術有望成為下一代低頻磁場能量收集的新選擇。

　　儲chu昭zhao強qiang介jie紹shao，這zhe種zhong新xin型xing俘fu能neng器qi件jian是shi利li用yong磁ci扭niu矩ju效xiao應ying以yi及ji磁ci滯zhi伸shen縮suo效xiao應ying，再zai利li用yong壓ya電dian效xiao應ying實shi現xian機ji械xie能neng與yu電dian能neng之zhi間jian的de轉zhuan換huan，其qi優you勢shi在zai於yu無wu需xu線xian圈quan式shi感gan應ying取qu電dian裝zhuang置zhi所suo需xu的de閉bi合he磁ci路lu
，且qie可ke以yi實shi現xian更geng高gao效xiao率lv的de能neng量liang轉zhuan換huan和he對dui強qiang電dian流liu脈mai衝chong的de更geng高gao耐nai受shou度du。

　　適用於低場能量收集的新方法

　　儲昭強從2016年開始接觸振動和磁場的能量收集技術。從2016年到2021年，一直致力於基於傳統懸臂梁式諧振結構的材料和器件方麵的研究。這是一種一端固定而另一端自由，且在自由端附加質量塊(磁鐵)的能量收集器結構。這種結構由自由端磁性質量塊提供驅動扭矩
，同時貢獻了超過90%的等效質量。在這種情況下，如果要維持諧振器50赫茲(Hz)的諧振頻率不變，則難以單純通過增加自由端磁鐵的質量來增強磁—力耦合性能。也正是這個原因，目前大多數研究的懸臂梁式磁—機—電器件僅局限於對強磁場
，即大於5奧斯特(Oe)磁場的能量收集。世界衛生組織指出公眾可接觸的50/60Hz交變磁場安全閾值為1Oe，而且環境中雜散磁場的大小一般也低於此參考值。因此也有必要探索適應於低場能量收集的新原理和新方法。

　　基於“磁—機—電俘能器件如何降低自由端磁性質量塊的等效質量”這一思考
，儲昭強大膽創新，提出了一種兩端夾持梁的設計思路。這種設計使磁—機—電dian俘fu能neng器qi件jian的de兩liang端duan都dou固gu定ding起qi來lai，采cai用yong一yi種zhong二er階jie振zhen動dong模mo式shi，降jiang低di了le中zhong心xin磁ci性xing質zhi量liang塊kuai的de動dong能neng
，從cong而er減jian小xiao了le其qi對dui諧xie振zhen係xi統tong等deng效xiao質zhi量liang的de貢gong獻xian，在zai增zeng加jia磁ci鐵tie體ti積ji的de情qing況kuang下xia大da大da提ti升sheng了le係xi統tong在zai50Hz弱場條件下的輸出性能。

　　實驗表明，在弱磁環境的相同激勵條件下，該能量收集器在同等單位時間內可輸出的電能是傳統懸臂梁式結構的2倍多，完全可以使沒有安裝電池的傳感器正常工作並與手機終端進行通信連接。

　　儲昭強表示：“在科研工作中，起到關鍵作用的往往就是一個小小的，甚至不起眼的設計方法。但是這個方法的來源一定是基於長期的研究和思考。”

　　未來或用於水下小型仿生平台

　　“目前，這種對於磁場的能量收集技術在應用上還有一定的局限性

，科學總是解決了一個問題就會帶來很多新問題的過程。”儲昭強向科技日報記者表示，未來，他將主要考慮進一步優化兩端夾持磁—機—電俘能器件在材料方麵、幾ji何he方fang麵mian的de參can數shu設she計ji

，進jin一yi步bu實shi現xian增zeng加jia適shi應ying的de磁ci場chang變bian化hua範fan圍wei和he微wei型xing化hua的de集ji成cheng
，為wei研yan製zhi自zi供gong能neng磁ci場chang敏min感gan元yuan件jian
，電dian網wang輸shu變bian電dian智zhi能neng感gan知zhi與yu配pei用yong電dian網wang絡luo拓tuo撲pu關guan係xi識shi別bie等deng應ying用yong提ti供gong關guan鍵jian技ji術shu。

　　儲昭強同時表示，團隊將結合哈爾濱工程大學船海科研特色優勢，深入研究水下小型仿生平台如水下機器魚


、無人水下航行器等基於超聲和磁場的無線供能技術，這不僅能解決小型仿生平台等能源“取”的問題
，同時解決能源“供”的問題。

　　儲昭強所在的哈爾濱工程大學水聲學院與創新發展基地“海洋磁傳感器和探測”團隊於2017年成立並不斷發展壯大
，團隊瞄準水下目標多傳感探測的基礎理論、關鍵技術和工程應用，全麵開展了基礎磁材料、磁傳感器研製
、水下信息感知和處理等技術研究。