用陶瓷压电技术替代手机电池研究结题报告2

课题研究结题报告（太阳能做屏幕）用陶瓷压电技术替代手机电池课题负责人：赵香梅课题组成员：赵香梅，刘凯茜执笔：本学期，我们走上了研究性课程的学习，我们在这个课程上收获了颇多知识。内容：如何使用陶瓷电压片代替手机电池一、课题的提出：我们研究的课题是用陶瓷压电技术代替手机电池。1.背景：课题的想法来源于一位教授在我们学校做了一次有关陶瓷发电的讲座。（有关资料在文献中记载）那次讲座让我们了解了许多的陶瓷压电片的好处，就在这样的情形下想出了陶瓷压电片与手机电池是否可以划等号。2.现状：现在的生活中人们用手机的状况越来越普遍，可谓是机不离手，那么手机的电池量就会很快殆尽并且在用过一段时间后手机电池将会发热导致手机内部机件发热，从而使手机重新启动或挂断通话中的电话会使电池本身的热量增加，如果是密封的（NOKIA之类的是不密封的，是直接将电池装入的）电池会使其内部空气剧烈膨胀，导致电池象外突起，严重的会使电池爆炸。会加速手机本身的老化进程，缩短其寿命，像这样会带来许多麻烦，所以我们必须及时加以研究和解决这最棘手德问题。3.基础：我们面对这方面德问题课题德探究性研究，已经取得了一小步德研究成果。二、理论基础：工作原理：当电压作用于压电陶瓷时，就会随电压和频率的变化产生机械变形。另一方面，当振动压电陶瓷时，则会产生一个电荷。利用这一原理，当给由两片压电陶瓷或一片压电陶瓷和一个金属片构成的振动器，所谓叫双压电晶片元件，施加一个电信号时，就会因弯曲振动发射出超声波。相反，当向双压电晶片元件施加超声振动时，就会产生一个电信号。基于以上作用，便可以将压电陶瓷用作超声波传感器。实际应用：压电陶瓷片是一种电子发音元件，在两片铜制圆形电极中间放入压电陶瓷介质材料，当在两片电极上面接通交流音频信号时，压电片会根据信号的大小频率发生震动而产生相应的声音来。压电陶瓷片由于结构简单造价低廉，被广泛的应用于电子电器方面如：玩具，发音电子表，电子仪器，电子钟表，定时器等方面。超声波电机就是利用相关的性质制成的。研究思想：找一个最快速和最好的方法将它研究出来。四、研究的目的和内容：研究这个课题目的是为了让人们以后用手机时可以更方便，不用因为电池而烦恼手机什么时候会因没电而无法再使用，让这个世界多一种新能源。因为绝大多数的人都有手机，若能减小从因要充电所需的电量，那么这个也是一个能使电能的消耗减小的一个举动。内容是了解陶瓷压电片正确使用陶瓷压电片用陶瓷压电片使小灯泡亮起来研究手机电池的内部构造如何让陶瓷压电片的电能转换到手机电池上如何存储陶瓷压电片的电量到充电宝上五、主要研究方法和研究对象：1．研究方法：主要有文献资料法、行动研究法、调查研究法、个案研究法、经验总结法，访谈实验法文献研究法等，还可以运用数理统计法、检测分析法、结构功能法、观察法、归因法、实验法等研究方法加以辅助。2．研究对象陶瓷压电技术和手机电池六、课题研究的成果形式：课题研究结题报告七、课题组的成员组成及分工：对外聘的指导、顾问等人员应视他们所承担责任、义务大小、多少，作不同的具体处理。课题组成员应分别负责或兼任策划、组织、协调、统筹、管理、研究、指导、顾问工作。八、实施步骤：1．前期准备阶段:材料准备：不同规格的陶瓷压电片，电流表（毫安电流表叫什么要去问老师），小灯泡（额定电流3安),照相机，实验器材的袋子主课确立主课题，构建子课题；组建课题组，明确分工职责；建立、健全学习交流制度；制定主课题实施方案和子课题工作计划；进行必要的前期调查或检测。2．研究实施阶段：可分为研究实施的第一阶段、第二阶段，第三阶段，第一阶段：实验1：实验目的：用陶瓷压电片来让小灯泡发光实验材料：小灯泡，陶瓷压电片（规格直径50mm-30双面蜂鸣片压电陶瓷片），导线实验电路图：如图1-1所示实验结果：小灯泡没有发光实验反思与下一步措施：如何让小灯泡发光？是否是因为对陶瓷发电片的使用方法上有错误。应及时去询问卖家使用的方法。在询问卖家过后得到了正确的使用方法：要输出稍微大点的功率，按压的频率要很高。实验2：实验目的：在改变了按压陶瓷压电片频率后的发电量，让灯泡亮起来实验材料：小灯泡，陶瓷压电片（规格直径50mm-30双面蜂鸣片压电陶瓷片），导线实验电路图：如图1-1所示实验结果：小灯泡没有发光实验反思与下一步措施：在使用正确的方式后，为何灯泡还是不发光？是否因为陶瓷压电片的质量问题，应找一个电流表来测量，其发电量。实验3：实验目的：加上电流表的检查，让灯泡亮起来实验材料：小灯泡，陶瓷压电片（规格直径50mm-30双面蜂鸣片压电陶瓷片），导线，电流表（0-0.6A）实验电路图：如图1-2所示图1-2实验结果：小灯泡没有发光实验反思与下一步措施：是否是因为陶瓷片的质量问题，导致多次实验的不成功。或是电流表的量程还是太大了。实验4：实验目的：更换了更小量程的电流表，让灯泡亮起来实验材料：小灯泡，陶瓷压电片（规格直径50mm-30双面蜂鸣片压电陶瓷片），导线，电流表（-30MA—30MA）实验电路图：如图1-2所示图1-2实验结果：小灯泡没有发光,但是测出了陶瓷压电片的电流为30毫安。如图1-3所示实验反思与下一步措施：是否是因为陶瓷片的质量问题，导致多次实验的不成功。或是电流表的量程还是太大了。图1-3实验5：实验目的：用电容器把陶瓷压电片所发出的电，聚集起来，让小灯泡亮起来实验材料：小灯泡，陶瓷压电片（规格直径50mm-30双面蜂鸣片压电陶瓷片），导线，电流表（-30MA—30MA），电容器（规格）图1-4实验电路图：如图1-4所示实验结果：小灯泡没有发光实验反思与下一步措施：由于是要用小电流电源点亮大电流灯泡，所以是绝不能直接串联在一起的，只能先用小电流给电容充电，充完电后再和灯泡连接，用放电电流去点亮灯泡。要说明的是，由于电容的充电有限，所以此法只能短时间点亮灯泡，一闪即灭；而且，由于电容的放电电压会逐渐降低，所以灯泡的亮度也会逐渐降低，直至熄灭。曾想并联，同时让电容充电并且让他发电给小灯泡。但这是不可以的，因为，电容的充电和放电是不能同时进行的。当外部电路的电压比电容的电压高时，就对电容充电；当外部电路的电压比电容的电压低时，电容就对外放电。曾想用陶瓷压电片对电容进行充电。而经过查证，电容的充电时间有计算公式，它要用到指数和对数，充电时间取决于发电装置的输出电压和电容的大小。这个问题只有理论探讨意义，并无多大的实用意义。最接近这个问题的应用就是照相用的便携式闪光灯，它就是平时靠电池给电容充电，需要闪光时，电容对灯泡放电，闪光时间仅有几百分之一秒至几千分之一秒。如果想让电容持续点亮灯泡，那时绝对做不到的。举个例：假设你的发电装置可以输出50mA的电流，而输出电压是20V，那么它的输出功率就是50mA*20V=1000mW=1W。你的灯泡是3A，如果电压是2V（这个值是够低的了，比如LED），那么，它的功耗是3A*2V=6W。试问，一个1W的电源怎么可能带动一个6W的负载？如果不依靠其他电源，无论是利用电容、还是三极管，都是做不到的。但如果借助另外的电源，原来的发电装置作为信号源，那么，用三极管就能办到。这个另外的电源的电压要高于或等于灯泡的电压，它的电流要大于3A。所以下一步进行对三极管的研究与采购。研究六：对三级管的研究与了解：三极管的基本结构是两个反向连结的PN结面，如图1所示，可有PNP和NPN两种组合。三个接出来的端点依序称为发射极（emitter,E）、基极（base,B）和集电极（collector,C），名称来源和它们在三极管操作时的功能有关。图1-5也显示出NPN与PNP三极管的电路符号，发射极特别被标出，箭号所指的极为n型半导体，和二极体的符号一致。图1-5首先，我们的电源要能满足灯泡的要求。其次再考虑三极管，三极管正规名称叫双极晶体管，是晶体管的一种。三极管本质上起的是控制作用，并不是放大。只因其能用小信号控制大信号的变化看起来像是放大，本质上并不是真的放大了。九.访谈十．总结（摘要）在本次课题研究中，想要利用陶瓷压电技术来替代手机电池，在要研究遇到的第一个困难是不知如何让额定电压3安的小灯泡亮起来的。而在这个问题的解决上从了解如何正确使用陶瓷压电片开始，应是两手按在两侧的上下摆动它，并且频率越高，所发出的电流越高。但纵使电流已经变大了几倍了，可是用正常的电流表无法测出，后来使用。。。电流仅有三十毫安。不知如何让仅仅只有三十毫安的电量变成三安，在通过老师的指导下，先是用电容器观察是否能用电容器储存电量，让小灯泡亮起，但经过一系列的实验验证，由于电容的充电有限，所以此法只能短时间点亮灯泡，一闪即灭；而且，由于电容的放电电压会逐渐降低，所以灯泡的亮度也会逐渐降低，直至熄灭。只有理论探讨意义，并无多大的实用意义。最接近这个问题的应用就是照相用的便携式闪光灯，它就是平时靠电池给电容充电，需要闪光时，电容对灯泡放电，闪光时间仅有几百分之一秒至几千分之一秒。如果想让电容持续点亮灯泡，那时绝对做不到的。在那之后又了解许多关于晶体管这一物质，放大电路中经常会有使用它的地方，但是三极管本质上起的是控制作用，并不是放大。只因其能用小信号控制大信号的变化看起来像是放大，本质上并不是真的放大了。若要使用的话，所需的额定电流电压要大于小灯泡，但是这仅仅是让小灯泡亮起来就要用如此大的晶体管，那谈何来替代手机电池手机电池。所以在这方面就遇到了一些问题，由于时间的暂缺，还无法研究下去。十一．遗憾和思考遗憾：并没有在这次课题研究中取得较大的突破，没有将小灯泡亮起来。思考：以后要多咨询专业的老师，多询问这方面的知识，在他们德教导下和自己的体验中完成实验十二．文献[1]曲远方.功能陶瓷及应用[M].北京:化学工业出版社，2003:33-55［2］发电鞋［3］压电发电能量储存方法的初步研究［4］陶瓷压电片的使用方法