基于弛豫铁电晶体(PIN-PMN-PT)的双钝体能量采集器实现自供电水下声信标系统

为解决水下声信标能源供给与信号传输难题，研究人员开发出基于PIN-PMN-PT弛豫铁电晶体的自供电系统。通过双钝体变刚度悬臂结构压电能量采集器(PEH)，在1 m s?1流速下实现117.8 VPP输出电压和11.52 mW cm?3功率密度，性能提升超10倍；配套设计的声学换能器较陶瓷材料提升2.58-12.51 dB灵敏度，带宽扩展2-8 kHz，为水下长时通信提供免维护解决方案。

　　

这项突破性研究展示了如何用智能材料革新水下通信技术。科研团队巧妙设计双钝体变刚度悬臂结构的压电能量采集装置(PEH)，核心采用具有超高压电系数(d₃₃≈2082 pC N^?1)的PIN-PMN-PT弛豫铁电晶体。当水流经过时，卡门涡街效应产生的涡激振动被转化为电能，在1米/秒流速下就能爆发117.8伏峰峰值电压，能量密度高达11.52毫瓦/立方厘米——这可是传统设计的十倍以上！

配套开发的水声换能器同样惊艳，借助PIN-PMN-PT单晶的卓越压电特性，配合精心优化的匹配层和电路，在发射电压响应和接收灵敏度上全面碾压传统陶瓷材料，带宽还拓宽了2-8千赫兹。海上实测证明，这套系统能持续高效捕获海洋能量并稳定工作，就像给水下世界装上了"永动机"，为远距离水声通信开辟了免维护的新纪元。