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  • 美开发环境电磁能量收集技术成功驱动小型电子器件
    http://www.ic72.com 发布时间:2011/7/14 14:00:40

        美国乔治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)的研究人员开发出一种能量采集技术,能撷取广播电视发射器或是手机网络、卫星通讯系统输出的能量;透过这种从我们周遭空气中搜寻可用环境能源(ambient energy)的技术,可望为无线传感器网络、微处理器或是通讯芯片提供一种新的供电来源。

        “在我们周遭有大量的电磁能源(electromagnetic energy),但迄今尚未有人能够开采这些能量,”主持该研究案的乔治亚理工学院电子与电脑工程系教授Manos Tentzeris表示,“我们使用了一种超宽频(ultra-wideband)天线,以利用来自不同频段的各种讯号,也借此大大提高了能量收集能力。”

        Tentzeris的研究团队用喷墨印刷(inkjet printers)技术将传感器、天线与能量搜寻电路整合在纸张或是软性聚合物上,所产出的自供电无线传感器能提供在国防、工业领域的化学、生物或温度、压力传感应用,以及制造业、零售业使用的RFID标签,也可做为通讯、电力使用情况等方面的监测应用。

        通讯设备会在许多不同频段发射能量,乔治亚理工学院研究团队的能量采集装置能撷取这类能量,并将交流电(AC)转换为直流电(DC)储存至电容或是电池中;该种技术能立即利用来自FM广播到雷达频率范围内,约100MHz至15GHz或更高的能量。

        研究人员在电视广播频段所进行的实验,已经采集到数百微瓦(microwatts)的电力。若采用支持多频段的采集装置,预期可收集到至少1毫瓦(milliwatt)的电力,足以驱动许多小型电子元件,例如传感器与微处理器。

        乔治亚理工学院电子与电脑工程系教授Manos Tentzeris手持以喷墨印刷技术印在纸上的能量采集传感器(左)与超宽频螺旋天线(spiral antenna)

        藉由结合此种能量采集技术与超级电容(supercapacitor)、循环运作机制(cycled operation),乔治亚理工学院的研究团队预期未来可驱动电力需求量50毫瓦以上的元件;这种方法是将能量储存在类似电池的超级电容中,当电量累积到所需的一定程度就可以使用。

        研究人员已经成功地将撷取自半公里远的电视发射台电磁能量,驱动了一颗温度传感器,目前正在准备用该种技术验证驱动微控制器。

        Tentzeris表示,可利用不同电磁频段的能量,将提升能量采集装置的可靠性,因为如果某个频段因为使用状况而暂时无法收集到能量,还是可以从其他频段取得。该装置还能与其他发电技术一起使用,例如搭配太阳能发电装置,在白天以日光为系统的电池充电,但到了晚上,太阳能无法供电时,该能量采集装置就可继续为系统的电池充电,避免电力消耗。

        这种能量采集技术也可做为某种形式的系统备援;如果系统所配备的太阳能装置或是电池暂时故障,就可透过该能量采集技术来维持系统的基本功能。

        乔治亚理工学院是以标准的喷墨印刷制程来制作所需电路,不过Tentzeris补充指出,他们的墨水采用了结合银纳米粒子与其他纳米粒子的“独家配方”。其技术不仅能印刷出RF元件与电路,也能制作出以碳纳米管等纳米材料为基础的创新传感元件。

     


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