王乐生， 王海峰， 王世龙， 孙凯利

(青岛大学 机电工程学院，山东 青岛 266071)

0 引 言

随着压电俘能技术的不断发展，压电材料的种类也不断增多。一般来说，压电材料按其组成部分可分为刚性压电陶瓷和柔性压电聚合物。其不同之处在于变形程度和发电量。其中，压电陶瓷[1,2]具有较高的压电应变常数，但变形小，易损坏;压电聚合物主要由长链聚合物组成，其压电应变常数小于陶瓷型。与其他流行的压电材料不同，聚偏二氟乙烯(polyvinylideme,PVDF)薄膜具有较高的柔韧性，容易弯曲，适合在低频环境振动中长期获取能量[3,4]。2001年，泰勒等人[5]发明了一种名为“能量收集鳗”的新装置，它利用PVDF将海洋和河流中的机械能转换为电能。Akaydin H D等人[6]通过研究在高雷诺数的湍流边界层放置柔性压电悬臂梁来产生电压。Pankonien A M和Ounaies Z[7]开发了压电活性海带系统，它由化学惰性压电聚合物或压电陶瓷制成的柔性长带。当由波浪产生的周期性洋流经过该系统时，会带动长带进行往复的机械运动。压电材料通过压电效应将这种机械运动直接转换为电能。唐火红等人[8]利用PVDF的压电特性研究了一种用于采摘果实的机械手,当PVDF受到应力发生形变时，由于压电效应，其表面会产生电位差，从而产生电压，通过电压的变化来完成采摘工作。Orrego S等人[9]探究了通过固定在称为“倒置标志”的新方向的柔性压电膜的自激振动(颤振)来收集风能的实验研究。研究得出即使在低风速状态下，也能收集0.4 mW/cm3的发电量。

本文研究了大挠度变形下的PVDF薄膜产生能量情况，并分析了其低频振动的发电问题。……