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2019年伊始，國(guó)家電網(wǎng)公司對(duì)建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)作出了全面部署安排，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)自此進(jìn)入了落地實(shí)施階段。它將電力用戶及其設(shè)備、電網(wǎng)企業(yè)及其設(shè)備、發(fā)電企業(yè)及其設(shè)備、供應(yīng)商及其設(shè)備，以及人和物連接起來(lái)，在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都可以進(jìn)行信息交互和共享。

要實(shí)現(xiàn)信息的交互和共享，感知層建設(shè)是重點(diǎn)。而量大面廣的電力信息采集類設(shè)備是感知層建設(shè)的關(guān)鍵，如電表、互感器、集中器、傳感器等設(shè)備。其中，傳感器還可以收集溫度、濕度、風(fēng)速等環(huán)境狀態(tài)信息。這些傳感類設(shè)備通過(guò)壓電材料將壓力、溫度、力和其它物理刺激的變化轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的電信號(hào)，因此感知、接收信息的敏感性將至關(guān)重要。

壓電材料的功能離不開(kāi)一種特殊的物理現(xiàn)象，即壓電效應(yīng)。其原理是對(duì)壓電材料施加壓力，使其產(chǎn)生電位差（正壓電效應(yīng)）；反之對(duì)壓電材料施加電壓，使其產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力（逆壓電效應(yīng)）。

換而言之，有了壓電材料，我們可以利用機(jī)械形變產(chǎn)生電場(chǎng)，也可以利用電場(chǎng)產(chǎn)生機(jī)械形變，壓電效應(yīng)為機(jī)械能與電能之間的相互轉(zhuǎn)化提供了一種途徑。因而，壓電材料被廣泛應(yīng)用于傳感元件中，如機(jī)器人致動(dòng)器使用壓電材料來(lái)響應(yīng)電信號(hào)移動(dòng)關(guān)節(jié)和部件。

一般來(lái)說(shuō)，典型的壓電材料有骨頭、蛋白質(zhì)、DNA、陶瓷、塑料、織物等。多年來(lái)，研究人員一直在努力開(kāi)發(fā)可用作能量采集器的壓電超薄膜，用于觸摸屏的敏感壓力傳感器以及柔性電子設(shè)備中的其它組件。這些材料通常是一種具有晶體結(jié)構(gòu)的陶瓷。隨著制造技術(shù)的進(jìn)步，在凈室以及復(fù)雜程序下生產(chǎn)的膜塊，經(jīng)機(jī)械加工后與電子器件相連接。但是復(fù)雜、高成本的工藝環(huán)節(jié)以及材料固有的脆性，限制了這些材料的潛能。

到目前為止，人們一直認(rèn)為3D打印的傳感材料性能很差。低成本的3D打印壓電薄膜是用聚合物制造的，必須“極化”。這意味著它們?cè)谟∷⒑蟊仨毦哂袎弘娦阅?。而且，這些材料通常最終厚達(dá)幾十微米，因此無(wú)法制成能夠進(jìn)行高頻振動(dòng)的超薄膜。

近期，麻省理工學(xué)院的研究人員開(kāi)發(fā)了一種簡(jiǎn)單、低成本的方法來(lái)制作具有高性能壓電特性的3D打印超薄薄膜，可用于柔性電子元件或高靈敏度生物傳感器中，相關(guān)研究成果發(fā)表于《應(yīng)用材料與接口》雜志。

在室溫下，利用增材制造技術(shù)，研究人員創(chuàng)新了一種約100納米的三維印刷陶瓷換能器技術(shù)。用于三維印刷的液體原料含有與一些惰性溶劑混合的氧化鋅納米顆粒，當(dāng)印刷在基底上并干燥時(shí)，這些氧化鋅納米顆粒就可形成壓電材料?原料通過(guò)3D打印機(jī)中的空心針供給，當(dāng)打印時(shí)，研究人員將特定的偏置電壓施加到針的尖端并控制流速，使得半月板（液體頂部看到的曲線）形成錐形，可從其尖端噴出精細(xì)射流。

據(jù)了解，研究人員采用了一種稱為近場(chǎng)電流體動(dòng)力學(xué)沉積（NFEHD）的添加制造技術(shù)，該技術(shù)利用高電場(chǎng)通過(guò)噴嘴噴射液體射流來(lái)印刷超薄膜。噴射器天然傾向于破碎成液滴，但當(dāng)研究人員將針尖靠近基板大約1毫米時(shí)，射流不會(huì)破裂，從而在基板上印刷細(xì)長(zhǎng)的窄行，然后與線路重疊，并在華氏76度的溫度下進(jìn)行干燥，并上下顛倒，從而生成具有壓電特性的晶體結(jié)構(gòu)的超薄膜，可以在約5000MHz的頻率下諧振，且在柔性基板上印刷而不會(huì)損失性能。

通過(guò)顯微鏡技術(shù)，研究人員證明了這些壓電超薄膜具有更強(qiáng)的壓電響應(yīng)性，這意味著其發(fā)出的可測(cè)量信號(hào)比傳統(tǒng)批量制造的薄膜更強(qiáng)。

目前，研究人員正與蒙特雷技術(shù)公司合作，作為納米科學(xué)和納米技術(shù)合作項(xiàng)目的一部分，制造壓電生物傳感器，以檢測(cè)某些疾病和病癥的生物標(biāo)志物。此外，研究人員還在研發(fā)一種傳感器來(lái)測(cè)量燃料電池中電極的衰減。這與生物傳感器的作用類似，但頻率的變化將與電極中某種合金的降解相關(guān)。