醫(yī)用壓電俘能技術(shù)的研究綜述

宋汝君，馬宏洋，馬麗麗，張國強(qiáng)

（1.山東理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，山東 淄博 255000；2.淄博市市級機(jī)關(guān)醫(yī)院，山東 淄博 255000；3.沂源縣悅莊中心衛(wèi)生院，山東 淄博 256100）

1 引言

隨著醫(yī)療和健康管理的發(fā)展，便攜式、植入式傳感檢測系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，但其難以持續(xù)供能的問題是制約醫(yī)用傳感監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展重要因素。對于便攜式傳感系統(tǒng)，特別是身體植入式器件的供能問題，往往以電池、電子作為主要供能源，但由于電子、電池的電量存儲有限，需要定期更換，存在對病人二次/多次傷害，存在嚴(yán)重的弊端。因此，亟需一種持續(xù)有效、綠色環(huán)保、壽命長久、價(jià)格低廉的供能方式，其中將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的壓電俘能方式可有效解決此問題。壓電俘能器是將環(huán)境中的機(jī)械振動能轉(zhuǎn)換成電能，可長期有效的供給低能耗電子產(chǎn)品/系統(tǒng)[2]。

鑒于此，基于壓電俘能技術(shù)，對醫(yī)用自供能技術(shù)的研究現(xiàn)狀、應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展前景進(jìn)行綜述分析，為醫(yī)用壓電設(shè)備自供能技術(shù)的研究提供一定的理論和技術(shù)支持。

2 壓電俘能技術(shù)的基本原理

壓電能量采集裝置稱之為壓電俘能器，其工作原理是當(dāng)壓電材料沿極化方向受到外力作用時，受正壓電效應(yīng)影響，在電極表面產(chǎn)生電荷，電荷聚集而產(chǎn)生電壓。影響壓電俘能器性能的主要參數(shù)是壓電材料的壓電常數(shù)dij（i=1，2，3；j=1，2，3，4，5，6），表征應(yīng)力和電荷的關(guān)系。當(dāng)發(fā)生正壓電效應(yīng)時，壓電晶體產(chǎn)生的電荷和應(yīng)力成正比，其電位移D 與應(yīng)力、應(yīng)變的關(guān)系表示為：