Microfabricated Power Generation Devices pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:

作者:Mitsos, Alexander (EDT)/ Barton, Paul I. (EDT)

出品人:

页数:300

译者:

出版时间:2009-3

价格:1698.00 元

装帧:

isbn号码:9783527320813

丛书系列:

图书标签:

• Microfabrication
• Power Generation
• MEMS
• Energy Harvesting
• Microfluidics
• Sensors
• Nanotechnology
• Materials Science
• Renewable Energy
• Biomedical Engineering

沉浸于微观世界的能量奥秘：一本关于能量转换与储存的探索之旅 在人类文明的漫长进程中，能源的获取、利用与储存始终扮演着核心角色。从古人钻木取火的原始需求，到现代社会对清洁、高效、可持续能源的无限追求，每一次能源技术的革新都深刻地塑造了我们的生活方式与文明进程。而今，当我们目光投向微观尺度，微机电系统（MEMS）的飞速发展正以前所未有的方式，为能量的产生、转化与储存开辟全新的天地。这本《沉浸于微观世界的能量奥秘》并非是一部关于“微制造发电装置”的教科书，而是致力于揭示隐藏在微观尺度下，那些令人惊叹的能量转换机制、前沿研究动态以及其蕴含的巨大应用潜力。 本书旨在引领读者深入探索那些在微观尺度下发生的、此前可能被忽视的能量转化过程。我们将暂且抛开宏观世界的传统发电技术，将视野聚焦于那些能够从环境中汲取能量、将其转化为可用形式，或者以极其微小但高效的方式储存能量的微型系统。这其中，涉及的不仅仅是简单的能量收集，更包含了对物理学基本原理的巧妙运用，以及工程学在微观尺度上的极致体现。 第一篇：微观能量收集的多元宇宙 微观能量收集，即从环境中汲取微弱但持续存在的能量，是实现自供电微系统的基石。本书将系统地介绍当前最活跃、最具潜力的微观能量收集技术，并深入剖析其背后的科学原理。 环境振动能量收集： 我们的周围充斥着各种形式的振动，从工业设备的运行、交通工具的行驶，到人体运动甚至声音的传播。本书将详细阐述压电效应、电磁感应、静电耦合等原理在微型振动能量收集器中的应用。我们将探讨压电材料的微观结构与性能关系，解释微型线圈与永磁体如何在微小位移下感应出电能，以及如何通过改变微腔结构和电极设计来优化静电能量的捕获效率。此外，我们还会深入分析不同应用场景下的振动频谱特性，以及如何设计匹配的能量收集器以最大化能量提取。从桥梁监测、结构健康诊断到可穿戴设备，振动能量收集的应用前景广阔。 热电能量收集： 温度梯度是普遍存在的，尤其是在电子设备、工业废热、甚至人体表面。本书将聚焦于微型热电器件，解释塞贝克效应（Seebeck effect）在微观结构中的实现。我们将深入探讨不同半导体材料的热电性能参数（ZT值），以及如何通过纳米结构化、多层薄膜设计、量子尺寸效应等手段来提升热电转换效率。从废热回收利用以驱动微传感器，到为植入式医疗设备供电，热电能量收集正悄然改变着能源利用的格局。 射频（RF）能量收集： 在现代社会，无线电波无处不在，手机信号、Wi-Fi、广播电视信号等都携带着能量。本书将详细介绍微型天线的设计原理，以及如何与整流电路集成，将高频射频信号转化为直流电。我们将探讨不同频段的能量密度特性，以及如何根据目标应用场景优化天线结构和匹配网络。虽然单个射频信号的能量微弱，但通过阵列化设计和多点收集，可以实现对智能标签、远程传感器等低功耗设备的有效供电。 光伏能量收集（微型化）： 太阳能作为一种清洁的可再生能源，其微型化应用同样充满潜力。本书将探讨微型太阳能电池的最新发展，包括染料敏化太阳能电池（DSSC）、钙钛矿太阳能电池以及微型化晶硅太阳能电池的技术挑战与突破。我们将分析影响微型光伏器件效率的关键因素，如光吸收、载流子分离与传输，以及如何通过材料选择、界面工程和器件结构设计来实现高效的能量转换。微型光伏器件在物联网设备、智能窗户、便携式电子产品等领域具有广泛的应用前景。 其他新兴能量收集技术： 除了上述主流技术，本书还将涉猎一些新兴且极具创新性的能量收集方法，例如： 摩擦纳米发电机（TENGs）： 利用接触起电和静电感应原理，通过材料的摩擦与分离产生电能。我们将探讨不同摩擦材料的电荷转移特性，以及如何通过结构设计（如平面、柱状、球状等）来最大化能量输出。TENGs在自供电传感器、柔性电子器件、人机交互等领域展现出独特的优势。 生物动能收集： 从人体运动、心跳、呼吸等生物过程中提取能量。本书将介绍基于压电、摩擦电或电化学原理的生物动能收集装置，以及其在可穿戴健康监测设备中的应用潜力。 化学能转换： 尽管与直接的“发电”概念有所区别，本书也将简要探讨微型化、低功耗的化学能转换系统，例如微型燃料电池，其将化学能直接转化为电能，为微型设备提供持续动力。 第二篇：能量转换与储存的微观艺术 能量收集只是第一步，将收集到的微弱能量高效地转化为可用形式，并能在需要时稳定输出，则需要精妙的能量管理与储存技术。 能量管理集成电路（PMICs）： 微弱能量的收集常常伴随着不稳定的电压和电流。本书将深入探讨用于处理这些不规则能量流的专用集成电路（ICs）。我们将介绍最大功率点跟踪（MPPT）算法在微型能量收集器中的应用，以及如何设计高效的升压（boost）、降压（buck）和升降压（buck-boost）转换器，将收集到的低电压、低电流能量提升到足以驱动负载的水平。同时，我们还将讨论低静态电流（low quiescent current）设计的重要性，以避免能量在电路自身消耗中过快损耗。 微型储能器件： 即使能量可以被收集，也常常需要在一个相对集中的地方储存起来，以便在需要时瞬间释放。本书将详细介绍各种微型储能器件的原理与技术： 微型电容器： 包括双电层电容器（EDLCs）和伪电容器。我们将探讨微电极材料（如活性炭、碳纳米管、石墨烯）的微观结构对电容性能的影响，以及如何通过电解质选择和界面设计来提高能量密度和功率密度。 微型电池： 介绍基于锂离子、固态电解质或其他新型化学体系的微型化电池技术。我们将分析微型电池在电极材料、隔膜、电解质以及制造工艺上的挑战与创新，以及其在医疗植入设备、微型机器人和物联网节点上的应用。 混合储能器件： 探讨将电容器的快速充放电特性与电池的高能量密度相结合的混合储能器件，以满足不同应用场景下的能量需求。 能量采集与储能的协同设计： 本书还将强调能量收集与储能器件之间协同设计的重要性。我们将分析如何根据特定能量收集技术的特性（如能量输出的波动性、频率特性）来选择和设计最优的储能器件，以及如何通过智能控制算法来实现两者之间的最佳匹配，从而最大化整个系统的效率和稳定性。 第三篇：微观能量技术的未来展望与应用 本书的最后部分将着眼于微观能量收集与储存技术的未来发展趋势，以及其在各个领域的广阔应用前景。 物联网（IoT）设备的自供电： 随着物联网设备的爆炸式增长，电池更换和充电将成为一个巨大的挑战。微观能量收集技术为物联网设备提供了实现真正自供电的可能性，从而摆脱对传统电池的依赖，降低维护成本，并扩展部署范围。从环境监测传感器到智能家居节点，再到工业自动化设备，自供电的物联网设备将无处不在。 可穿戴与植入式医疗设备： 人体是一个天然的能量源，微观能量收集技术能够利用人体的运动、体温等为可穿戴健康监测设备（如智能手表、健康追踪器）供电，甚至为植入式医疗设备（如起搏器、神经刺激器、药物输送泵）提供持续动力，避免了频繁的手术更换电池的痛苦。 智能传感器与基础设施监测： 在恶劣或难以触及的环境中，如深海、高空、地下管道、桥梁结构等，部署大量传感器进行监测至关重要。微观能量收集技术可以为这些传感器提供独立的能源供应，实现长期、自主的监测，为基础设施的健康诊断和安全维护提供有力支持。 微型机器人与微机电系统： 微型机器人和各种微机电系统（MEMS）的广泛应用，对微型化、高效能的能源解决方案提出了迫切需求。本书将探讨微观能量收集与储存技术如何为这些微型化智能体提供动力，使其能够执行更复杂的任务，并在更广泛的领域发挥作用。 可持续能源与环境友好型解决方案： 许多微观能量收集技术本身就取材于可再生能源，如振动、太阳能、温差等，符合可持续发展的理念。此外，它们有助于减少对一次性电池的依赖，从而降低电子垃圾的产生，为构建更清洁、更环保的未来贡献力量。 结语 《沉浸于微观世界的能量奥秘》并非一本冰冷的科学著作，而是一次穿越物理定律、工程智慧与未来想象的奇妙旅程。它邀请您一同探索那些潜藏在我们身边，却又常常被忽视的能量奥秘。通过深入了解微观尺度下的能量转换与储存技术，我们不仅能洞察科技发展的最新前沿，更能从中汲取灵感，为解决当今社会面临的能源挑战，构建一个更加智能、高效、可持续的未来贡献智慧与力量。本书旨在为科研人员、工程师、学生以及所有对前沿科技充满好奇的读者，提供一个全面而深入的视角，一同揭开微观能量世界的神秘面纱。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆