Modern Piezoelectric Energy-Harvesting Materials (eBook)

eBook Download: PDF
2016 | 1st ed. 2016
XIX, 152 Seiten
Springer International Publishing (Verlag)
978-3-319-29143-7 (ISBN)

Lese- und Medienproben

Modern Piezoelectric Energy-Harvesting Materials - Christopher R. Bowen, Vitaly Yu. Topolov, Hyunsun Alicia Kim
Systemvoraussetzungen
128,39 inkl. MwSt
  • Download sofort lieferbar
  • Zahlungsarten anzeigen

This book covers the topic of vibration energy harvesting using piezoelectric materials. Piezoelectric materials are analyzed in the context of their electromechanical coupling, heterogeneity, microgeometry and interrelations between electromechanical properties. Piezoelectric ceramics and composites based on ferroelectrics are advanced materials that are suitable for harvesting mechanical energy from vibrations using inertial energy harvesting which relies on the resistance of a mass to acceleration and kinematic energy harvesting which couples the energy harvester to the relative movement of different parts of a source. In addition to piezoelectric materials, research efforts to develop optimization methods for complex piezoelectric energy harvesters are also reviewed. The book is important for specialists in the field of modern advanced materials and will stimulate new effective piezotechnical applications.

Preface 7
Acknowledgements 10
Contents 12
About the Authors 15
1 The Piezoelectric Medium and Its Characteristics 18
1.1 Piezoelectric Coefficients 19
1.2 Electromechanical Coupling at Various Oscillation Modes 23
1.2.1 Energy Conversion 23
1.2.2 Examples of Electromechanical Coupling Factors 24
1.3 Figures of Merit 25
1.4 Hydrostatic Parameters Concerned with Electromechanical Coupling 27
1.5 Effective Electromechanical Properties in Heterogeneous Piezoelectric Media 27
1.5.1 Relaxor-Ferroelectric Domain-Engineered Single Crystals 27
1.5.2 Poled Ferroelectric Ceramics 29
1.5.3 Piezo-Active Composites 32
1.6 Conclusion 35
References 36
2 Electromechanical Coupling Factors and Their Anisotropy in Piezoelectric and Ferroelectric Materials 40
2.1 Piezoelectric Single Crystals 40
2.2 Ferroelectric Single Crystals 42
2.2.1 Single-Domain States 42
2.2.2 Polydomain States 43
2.3 Domain-Engineered Relaxor-Ferroelectric Single Crystals with High Piezoelectric Activity 45
2.4 Poled Ferroelectric Ceramics 47
2.5 Two-Component Composites Based on Ferroelectrics 48
2.5.1 Ceramic/Polymer 48
2.5.2 Single Crystal/Polymer 52
2.5.3 Single Crystal/Ceramic 57
2.6 Porous Composite Materials 62
2.6.1 Porous Composites Based on Ferroelectric Ceramics 62
2.6.2 Porous Composites Based on Relaxor-Ferroelectric Single Crystals 66
2.7 Conclusion 70
References 72
3 Figures of Merit of Modern Piezo-Active Ceramics and Composites 75
3.1 Poled Ferroelectric Ceramics 75
3.2 2–2 Composites 77
3.2.1 Ceramic/Polymer Composites 77
3.2.2 Single Crystal/Polymer Composites 82
3.3 1–3 Composites 91
3.3.1 Ceramic/Polymer Composites 92
3.3.2 Single Crystal/Polymer Composites 94
3.4 0–3 Composites 99
3.5 New Effects and Improved Figures of Merit in 1–3-Type Composites Based on Relaxor-Ferroelectric Single Crystals 102
3.5.1 New Orientation Effect 102
3.5.2 New Aspect-Ratio Effect 107
3.6 Three Figures of Merit for Transmitter-Receiver or Pulse-Echo Systems 114
3.7 Related Parameters 116
3.8 Conclusion 123
References 126
4 Piezoelectric Mechanical Energy Harvesters and Related Materials 129
4.1 Examples of Energy-Harvesting Systems 129
4.1.1 Energy-Harvesting Materials and Systems: General Characteristics 130
4.1.2 Resonant and Non-resonant Performance 135
4.1.3 Linear and Non-linear Performance 136
4.2 Physical Characteristics of Piezoelectric Materials for Energy Harvesting 139
4.2.1 High-Temperature Harvesting 139
4.2.2 Compliant Piezoelectrics 141
4.3 Optimisation for Piezo-Based Harvesting 142
4.4 Conclusion 147
References 148
5 Conclusions 155
5.1 From Materials to Applications 155
References 157
Appendix A: List of Abbreviations 158
Appendix B: Electromechanical Constants of Components 159
Appendix C: Performance of Poled Ferroelectric Ceramics 161
Index 164

Erscheint lt. Verlag 9.3.2016
Reihe/Serie Springer Series in Materials Science
Zusatzinfo XIX, 152 p. 37 illus., 12 illus. in color.
Verlagsort Cham
Sprache englisch
Themenwelt Naturwissenschaften Physik / Astronomie
Technik Elektrotechnik / Energietechnik
Technik Maschinenbau
Schlagworte Electromechanical coupling • Ferroelectric Ceramics • Materials for Green Energy • Piezo-active Composites • Piezoelectric Energy-harvesting Materials Characterization • piezoelectric materials • Piezoelectric Mechanical Energy Harvesters • Relaxor-Ferroelectric Single Crystals
ISBN-10 3-319-29143-2 / 3319291432
ISBN-13 978-3-319-29143-7 / 9783319291437
Haben Sie eine Frage zum Produkt?
PDFPDF (Wasserzeichen)
Größe: 4,0 MB

DRM: Digitales Wasserzeichen
Dieses eBook enthält ein digitales Wasser­zeichen und ist damit für Sie persona­lisiert. Bei einer missbräuch­lichen Weiter­gabe des eBooks an Dritte ist eine Rück­ver­folgung an die Quelle möglich.

Dateiformat: PDF (Portable Document Format)
Mit einem festen Seiten­layout eignet sich die PDF besonders für Fach­bücher mit Spalten, Tabellen und Abbild­ungen. Eine PDF kann auf fast allen Geräten ange­zeigt werden, ist aber für kleine Displays (Smart­phone, eReader) nur einge­schränkt geeignet.

Systemvoraussetzungen:
PC/Mac: Mit einem PC oder Mac können Sie dieses eBook lesen. Sie benötigen dafür einen PDF-Viewer - z.B. den Adobe Reader oder Adobe Digital Editions.
eReader: Dieses eBook kann mit (fast) allen eBook-Readern gelesen werden. Mit dem amazon-Kindle ist es aber nicht kompatibel.
Smartphone/Tablet: Egal ob Apple oder Android, dieses eBook können Sie lesen. Sie benötigen dafür einen PDF-Viewer - z.B. die kostenlose Adobe Digital Editions-App.

Zusätzliches Feature: Online Lesen
Dieses eBook können Sie zusätzlich zum Download auch online im Webbrowser lesen.

Buying eBooks from abroad
For tax law reasons we can sell eBooks just within Germany and Switzerland. Regrettably we cannot fulfill eBook-orders from other countries.

Mehr entdecken
aus dem Bereich

von Horst Kuchling; Thomas Kuchling

eBook Download (2022)
Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG
24,99
Grundlagen - Verfahren - Anwendungen - Beispiele

von Jens Bliedtner

eBook Download (2022)
Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG
49,99