中文摘要：

无线传感网络节点的供电是制约其在广域空间范围普遍应用的瓶颈，利用本地环境提供电能是解决该问题的理想途径。本项目针对广域范围内分布式小型电子器件对持续电能的需求，利用清洁丰富的风能，结合压电材料力电耦合能量密度高、工作可靠、适应性强的特点，构建磨损小、寿命长、效率高、长期免维护的旋转式小型风力俘能系统。提出自由弹性球内置于压电振动片构成的多边形腔体中的新结构，利用置于流动空气中的涡轮带动多边形腔体的转动，使压电振动片在弹性球的撞击下振动，利用压电效应产生电荷输出，实现宽风速范围的机电能量转换。研究弹性波传递行为与能量流的传输路径，进行压电振子多边形腔体拓扑结构的优化，探明宽风速范围内结构共振激励机制，设计新型适应单模态谐振频率的同步开关收集电路，研究共振条件下压电风力发电能量、运动与物质结构间的作用与转换规律，探索提高压电俘能效率的有效途径，建立基于压电效应的高效率旋转式风力发电系统。

结论摘要：

本项目在国家自然科学基金委的支持下，开展了对基于无线传感网节点风力自供能装置的小型旋转式压电风力发电装置及相关高性能压电材料的的研究。截止目前，已完成十种为无线传感网节点供电的小型压电风力发电装置的设计、两类压电新材料的研究、两种压电器件的制备方法，授权发明专利9项，4项在实质审查阶段，授权实用新型专利4项；已在8篇SCI论文上致谢本项目；作国际会议口头报告8次；以此项目成果参加的三项创业竞赛获奖，培养研究生九名，毕业四名，其中一名硕士研究生荣获国家奖学金；项目的产业化推进工作正在积极开展。设计的利用压电效应的旋转性发电装置，通过设计利用弹性体的一阶弯曲振动使得输出功率和机电转换效率最大化，相关成果在国际著名期刊Applied Physics Letter发表。更多优化设计方案正在实施完善中。研发的Pb(Zr,Ti)O3-Pb(Zn1/3Nb2/3)O3- Pb(Ni1/3Nb2/3)O3 (PZT-PZN-PNN)多元压电陶瓷体系，在其三维相图中找到的两个d33？g33值较高的成分点，d33？g33分别为21026.3×10-15m2/N和20162.2×10-15m2/N，是迄今为止该体系多晶陶瓷材料中所报道的最大的d33？g33值。相关成果在国际著名期刊Journal of American Ceramics Society 上发表。