压电材料是在受到机械应力时能够产生电流的材料,反之亦然。压电效应于1880年由雅克·居里和皮埃尔·居里两兄弟首次发现,并一直被应用和实验于多种场景中。

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压电效应的机制_mdpi

几种天然存在的材料,如晶体,某些陶瓷,糖,搪瓷等。压电效应的一些最早应用的日期回归WWI和WW2.压电材料用于制造雷达探测器,超级敏感麦克风,声纳设备和各种武器的智能传感器。

多年来,研究人员开发了更新的使用压电材料和今天的方法,他们可以在各种智能传感器,执行器等中看到,包括每日使用燃气烤架和炉灶,香烟打火机,麦克风和石英手表等物品。

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用压电电动件打火机的工作_©ecodmlab

但这些材料如何帮助建筑业?

在可持续性范围内为中心的概念已经需要考虑到任何结构的设计和构建,以最大限度地减少和减少负面环境影响。188宝金博注册它正是在这个支架下,压电材料可以使用。

这些材料可以捕捉和响应环境振动,气流,声波,储存和转换机械能的应力和潜热引起的电流。这很好地验证了它们在建筑能量收集和智能传感方面的应用,从而使结构自我可持续发展。

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压电树收集雨水并产生能量

如果您可以利用一群学生的机械能在学校走廊上行走,或者运动员团队扮演足球比赛,或由医院病床和其他医疗设备的运动引起的振动,并转换所引起的压力电力转移,您将能够在现场发电并支持离网系统。

如果是这种情况,那么并非所有这一切都不知道如果可以在一些非常常用的建筑材料(如木材和混凝土)中可以实现压电效果的奇观?以下是清除歧义的一些事实。

众所周知,混凝土是建筑业中广泛使用的建筑材料 - 如此常用于其性质的压电性能将使全球自我可持续发展的大部分建筑形式。

但是由于它的化学成分和结构不像晶体,它本身并不具有压电特性。但研究表明,掺入外加剂成分和外部调节可以提高水泥混合物的压电性能,进而可用于现场能量收集。

另一方面,木材,这是另一种广泛使用的建筑材料,显示了压电概念的应用潜力。木材作为一种轻型建筑材料,会产生高的声振动,通常需要进188宝金博注册行一些干预,如减震器,以避免由于结构的强烈振动造成的不适。压电材料可以用来吸收不必要的振动,并将它们转化为可用的电能。

这种使用机械到电环境振动的转换概念的技术可以在现场的节能类别下提取,可以显着降低建筑物的运营能源需求。

那么这种效果究竟是如何应用于建筑的呢?

“建筑部件通过实现具有压电材料的能量收集,自持续感应和致动装置,可以显着降低能耗。”

在建筑中使用压电材料意味着可持续性,包括收集建筑使用者提供的大量环境振动。声学处理以减少不必要的噪音的影响,可率先使用压电材料吸收和转换机械波进电。这也意味着越来越多的设备可以在不太需求和运行能量的需求中无线缠绕。

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兰卡斯特工程师正在寻找可以从传播交通发电的先进的道路材料

使用压电材料的好地方可以进入和退出方式,进出建筑物/房间/任何空间。可以引入像嵌入式压电材料的元素一样的门垫,这可以在进入或离开房间/空间的同时每次走过时收集和存储机械能,然后可以使用该空间的电气特征。

类似地,由于压电材料也能够捕获和响应声波,因此可以用由拍打或语音接收的形式的空间的用户产生的声波控制照明和通风特征。

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在东京火车站的压电垫 - 日本的发电地板_©有线

通常暴露于的建筑物大风量适度的地震振动,机械波可以收获振动的机械能量,并将其存储在未来用作建筑物的离网技术时用作电能。

虽然高层建筑物可以从振动能量中受益,但低层建筑可以从建筑物的各个空间中汲取更多局部活动的机械能,例如乘客的行人运动。这是正在研究和开发的概念。

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压电花园由Margot Krasojevic-Lighting System由Piezoelectity提供动力,利用人类活动,如行走和跑步_ inhabitat

在日本,安装了一个压电动力垫,从通勤者的行走中安装了机械能,以提供电力的LED显示板。类似的垫子瓷砖 - 安装在东京的火车站,票证计数器是通过压电效应产生电力。

作为研究的一部分,开发了一个系统,以收集和利用高速公路上移动车辆的振动。类似的研究实验的另一个例子是开发使用环境振动以产生足够熔化的人行道上的电力的系统。

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可以利用Electricty_Research门的环境振动

许多这样的应用仍在研究和实验中,具有巨大范围的应用技术和使用的推进。尽管压电材料似乎有望在可持续发展支架中显示用于使用的性质,但它们符合可能限制或最小化其使用的限制,仅限于有效地提供所需的功率所需的机械能量或源的所需数量的区域使用的必要性。

因此,需要在高胁迫下研究其组成和行为特性,然后将它们投入可持续性的技术。

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Priyamvada Gannavarapu.
作者

Priyamvada Gannavarapu是一名建筑学生,他认为建筑能力影响和激发促进积极,高效和可持续的建筑环境的人类行为。作为一个狂热的读者,训练有素的Bharatanatyam舞者和Carnatic歌手,她喜欢探索体验设计的各个方面,为用户创造有意义的可居住空间。

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