李俊 赵富强 赵华伟 刘铠诚 李季

摘  要：利用正压电效应发电，控制电路供电，光电二极管（LED）组块发光，研制了一种基于机-电-光能量转换发光的演示器件。使用数字示波器和定值电阻（50Ω）探究了发电模块输出电压随单层陶瓷片数及模块层数之间的定量关系。当双手有规律地按压时，单片陶瓷整流前的输出电压峰峰值（Vpp）约为15.58V，随着片数的增加，Vpp逐渐降低，当片数增加到49片时，单层模块的Vpp约为的6.95V。将四层发电模块单独整流，并联叠放，压电阵列的Vpp约3.22V。当连接50Ω定值电阻负载时，发电模块的输出峰值功率可达0.5 mW。演示时，负载连接LED组块（并联200个红光LED），器件可在双手按压下呈现出明显地发光现象。

关键词：压电陶瓷阵列;能量转换发光;演示器件

压电效应是由居里兄弟在1880年研究α石英晶体首先发现的，包括正、逆压电效应两种，是应用物理学的基础物理效应之一。作为一类重要的能量转换功能材料，压电陶瓷在传感器、驱动器、变压器、压电点火等方面具有重要的应用价值。近年来，收集日常生活中的机械振动能量并将其转化成电能是面向能源的功能转换器件的重要研究方向之一。同时，对于应用物理学专业的高年级学生，已经初步掌握电子工艺、电路原理、光电子学及单片机等实验课程的基础知识，设计和制作基于压电陶瓷的转换器件既可以让学生深刻理解压电材料能实现机械能和电能相互转换的物理实质，又可以使学生在电路分析与优化、机械设计与加工以及器件系统的安装与调试等工程物理方面得到技能的训练和提升。……