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近日,美国同品牌最新动态见 JS金沙(中国)。阿肯色关于此话题的后续更新,JS金沙(中国)。大学与密JS金沙(中国) 有同一系列的更新。歇更多JS金沙(中国)动态,由此直达。根大学的研究团队联合开发出一种基于石墨烯的新型能量采集装置,能够从环境中存在的电磁辐射中获取电能,为低功耗传感器提供持续电力支持。该装置无需电池,也无需外部电源连接,仅依靠附近通电线路产生的交变磁场即可运行,标志着自主供电传感系统迈出了关键一步。 该装置的核心是一个由石墨烯制成的电感器,其内部嵌入钢制磁芯以增强对磁场的捕获能力。当电感器靠近通电导线时,导线中流动的交流电(频率为60Hz)会在周围产生周期性变化的磁场。这一变化的磁场穿过电感器,根据电磁感应原理,在其两端感应出微弱的交流电压。这一过程与传统变压器和发电机的工作机制一致,但所采集的能量极为有限,仅在纳瓦级别。 由于感应出的电压过低且为交流电,无法直接驱动电子元件。为此,研究团队设计了一套电能转换系统,采用考克饶夫-沃尔顿(Cockcroft-Walton)倍压电路,将微弱的交流信号整流为直流电,并逐步提升电压至可用水平。同时,系统未使用传统电池,而是配置了三个电容器用于储能。这些电容器可逐步积累电荷,确保能量供应的连续性。 为匹配极低的输入功率,研究人员专门构建了一套超低功耗温度传感器系统,其整体功耗控制在纳瓦级别,即每秒仅消耗十亿分之一瓦的电力。这一功耗水平约为单只AirPods耳机功耗的三千万分之一。尽管石墨烯电感器的充电速度较慢,但实验表明,其补充电容器的速度仍高于传感器的放电速度。这意味着,只要周围存在持续通电的导线,系统就能维持稳定运行。 在电容器储存充足电能的前提下,系统即使在电源线短暂断电的情况下仍可继续工作。研究人员测试显示,电容器所存电能至少可支撑系统运行24小时,理论上甚至可达一周。保罗·蒂巴多(Paul Thibado)教授指出:“电感器向电容器补充电荷的速度虽然缓慢,但依然快于传感器的消耗速度。因此,即使断电,系统仍能依靠电容器中的电荷持续运行。” 该技术的潜在应用场景广泛,尤其适用于大型工业设施中的大量传感器部署。例如,工厂内需监测机械设备、管道温度及环境参数,若依赖传统有线供电,布线复杂且维护成本高;若采用电池供电,则需频繁更换或充电。而采用此能量采集系统后,传感器可实现真正意义上的无源运行,显著降低部署与维护难度。 然而,该技术目前仍存在若干局限。首先,装置必须靠近具有足够强度变化磁场的通电线路,无法在任意环境中发电。其次,实验中电容器初始已充电,系统未验证在完全放电状态下能否自行启动。最后,系统输出功率仅为纳瓦级别,仅能驱动专为极低功耗设计的设备,尚不具备为手机等高功耗设备“隔空充电”的能力。 尽管如此,研究团队认为,该技术具备向更多低功耗传感设备拓展的潜力。未来可能应用于产品追踪、大气环境监测、物流车队管理、土壤湿度检测、可穿戴健康设备及医疗监测等领域。研究人员还表示,团队正探索从声能、非线性辐射、太阳能、热能、动能及环境辐射等多种能源中获取电力的可能,目标是构建真正无需外部供电的多能源自主传感系统。 相关研究成果已发表于《真空科学与技术杂志》(Journal of Vacuum Science and Technology),为未来无线传感网络的可持续运行提供了新的技术路径。