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识别振动能量收集器的微观机制

日本研究团队阐明了微观机制,其中无定形二氧化硅作为振动能量收集器带负电,预计该机制将在不充电的情况下实现自发电,这是近年来物联网所需要的,其“万亿美元”传感器”可创建大规模的传感器网络。与风力和太阳能发电不同,利用自然振动进行发电的振动发电不受天气的影响。

该研究小组先前开发的使用钾离子驻极体的振动能量收集器因其可以半永久性运行而受到关注。钾离子驻极体是一种振动能量收集器,它利用在无定形二氧化硅中引入钾原子在无定形二氧化硅上产生负电荷。但是,其微观机理尚不清楚,因此难以改善其性能。

通过量子力学计算,该研究小组发现,当钾原子插入无定形二氧化硅中时,电子会从钾原子提供给硅原子。这导致硅原子表现得像磷原子。硅原子与氧原子形成5个共价键,而不是通常的4个,形成SiO 5结构。他们发现这种结构是积累负电荷的原因。

该结果为提高振动能量收集器的可靠性和寿命提供了设计指导。这将使不需要充电的传感器变得广泛可用,并有助于实现物联网(IoT)。

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