千瓦之电，始于足下

吴文鑫 李海圆 刘泽康 任舒雅

千瓦之电，始于足下—一种基于人体运动的环保发电装置通过时刻与身体的交互，实现将人体运动产生的机械能经柔性压电装置转化为电能储存在后续的超级电容中的作用，其产生的电能可以为手机、小型音响等设备进行供电，从而达到节能减排的效果。

作品设计的目的在于解决当今地位日益上升的电子产品的续航问题以及现有电子续航产品普遍存在的体积大、容量小、污染严重、存在安全隐患等问题。产品实用性强、携带方便、制造成本较低，同时输出电压稳定可靠，提高了人们对身体机械能这一无污染能源的利用与开发，节能环保。

本产品的核心技术为压电效应，利用柔性PVDF压电薄膜（新型高分子压电换能材料）独特的介电效应、压电效应、热电效应实现机械能和电能之间的转换，利用信号放大模块和稳压及输出电路实现电压稳定输出。

PVDF压电膜是一种新型高分子压电换能材料，它具有独特的压电效应。与传统的压电材料（如压电陶瓷）相比具有频响宽、动态范围大、力电转换灵敏度高、机械性能强度高、声阻抗易匹配等特点，并具有重量轻、柔软不脆、耐冲击、不易受水和化学药品的污染、易制成任意形状的面积不等的片或管状等优势。在振动检测等技术领域应用十分广泛。

本团队使用的聚偏氟乙烯（PVDF）压电薄膜为铝电极材质，柔顺性比压电陶瓷高出10倍，膜的厚度为30μm，长度为270μm，宽度为200μm，产品单价为2.5元/cm2，同时使用ICA10X模块作为电荷放大电路，将被测量的电信号放大20倍，形成实时自供电的电路系统。5V供电时信号放大模塊套件在无振动时输出2.5V电平，有振动时输出正负波动电平信号，信号经由ICA10X放大后，输入到Arduino开发板进行信号分析与数据处理。

本产品为一种可穿戴式PVDF发电装置，穿戴在身上时可采集并转化人运动的机械能为电能，促进资源的循环利用，从而实现节能减排的效果。该发电装置通过采用高输出性能和高导电性能的柔性PVDF压电薄膜并以双拱形阵列结构搭建，使得人可以通过体感交互进行机械能向电能的转化。本项目实现了人体机械能的高效率采集及对手机等外部设备进行供电的功能，对于能量的二次利用具有深远意义。

同时，该设备的原理不仅可以使用在人体上，经过深度开发后，可以使用在牲畜、机器等方面，提高对零散的、不易收集的能量的利用，达到节能减排的目的，体现了作品的深度开发潜力。

从消费需求上，充电宝是"刚需"耗材产品，消费者的需求十分庞大，这可使我们进行大批量生产操作来获利。从原理上来讲，柔性PVDF与体感交互控制下的压电发电装置移动电源的出现，弥补了移动电源需求痛点的市场空白，为移动电源的发展提供了新可能，前景可观。从市场发展上，该产品的核心技术与创新潜质在市场上具有强大的差异化竞争能力，可提供定制化产品服务，并且符合国家提倡节能减排的政策，在市场中竞争中抢占先机。

参考文献

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