平面应变下载荷驱动介电发电机的最优能量收集循环
软凝聚态物质
2014-03-14 v1
摘要
本文研究了基于介电弹性体的能量收集发电机的性能。其构型为两侧涂有可拉伸电极的薄介电薄膜。该薄膜首先被拉伸，然后充电，随后释放，最后在更高的电势下收集电荷。此循环提取的能量量受限于电击穿、薄膜的极限拉伸比以及因张力丧失导致的结构不稳定性。为了识别符合这些限制的最优循环，我们构建了一个约束优化问题，并使用专用求解器针对两类典型的弹性介电体进行了求解。正如预期，我们发现发电机的性能关键取决于薄膜的极限拉伸比。然而，更令人惊讶的是，我们发现了一个关于薄膜介电强度的普适极限，超过该极限后，最优循环便与该参数无关。因此，我们揭示出，无论材料的介电强度有多大，收集到的能量量都存在一个仅取决于极限拉伸比的上限。最后，我们对两种市售弹性介电体的最优循环进行了详细计算。
引用
@article{arxiv.1403.3283,
title = {Optimal energy-harvesting cycles for load-driven dielectric generators in plane strain},
author = {R. Springhetti and E. Bortot and G. deBotton and M. Gei},
journal= {arXiv preprint arXiv:1403.3283},
year = {2014}
}