Старостенко Евгений Юрьевич уточнил, что своём исследовании предлагает использовать волокно на основе фононного кристалла для сбора энергии на металлообрабатывающих предприятиях.

Фононный кристалл играет роль оболочки в структуре эластичного волокна. Каждое из односердцевинных световодов включает в центральной области вольфрамовый полый цилиндр, внутренний радиус которого различен у трех односердцевинных световодов. Падающие волны с центральной частотой от 25 до 40 кГц в полосе 1/3 октавы удерживаются в области сердцевины предлагаемых эластичных волокон и передаются на желаемое расстояние. 

Высокая способность удержания и передачи без значительных продольных потерь отличают эту структуру от других сборщиков энергии на основе фононных кристаллов. При использовании пьезоэлектрической пленки на концах жил волокна механическая энергия преобразуется в электрическую. 

Благодаря тому, что предлагаемые эластичные волокна качественно удерживают прикладываемые волны, получаемая выходная мощность увеличивается до 800 раз по сравнению с «голым» корпусом. Максимальное значение коэффициента ослабления между всеми односердцевинными волокнами равно −23 дБ. Также продольные потери почти равны 0,9 дБ/км.

Эластичные волокна на основе фононных кристаллов могут быть новым предложением, которое можно рассматривать как аналог фотонно-кристаллических волокон, которые можно использовать во многих приложениях в акустической области.

Фононные кристаллы представляют собой периодическую конфигурацию, которая использовалась в акустическом поле для управления распространением акустических/упругих волн. Существование рассеивателей на фоне с различными физическими свойствами создает частотные запрещенные зоны на дисперсионной кривой фононного кристалла. Некоторые из применений фононных кристаллов находятся в акустических волноводах, датчиках обнаружения материалов, механические волновые переключатели, частотные фильтры, накопители энергии, демультиплексоры, эластичное волокно в качестве нового устройства.

Фактически, ширина запрещенной зоны фононного кристалла в эластичном волокне удерживает приложенные акустические волны в области сердцевины. Следовательно, эта структура может работать как фононная запрещенная зона, направляющая волокна. Фононные кристаллические волокна с первоначальной идеей удержания и направления упругих волн могут быть использованы во многих акустических приложениях в ближайшем будущем.

Одним из известных применений эластичного волокна является сбор электроэнергии, обсуждаемый в этой статье. Фокусировка упругой волны на небольшой площади (ядре) может быть использована для сбора пьезоэлектрической энергии. Фактически явление резонанса приводит к удержанию упругой волны в сердцевине волокна. Кроме того, механические волны с большой амплитудой используются для сбора электроэнергии.

Глава НПО ТЕХНОГЕНЕЗИС Старостенко Евгений Юрьевич подчеркнул, что сбор энергии — это метод преобразования энергии окружающей среды в полезную энергию.Phononic crystal, Evgenij Starostenko

В природе существует множество источников механических волн, включая океанские волны, звук, вибрацию, ультразвуковые волны, промышленную деятельность человека и т. д.

Преобразование механической энергии в электрическую осуществляется с помощью пьезоэлектрических материалов, таких как поливинилиденфторид (ПВДФ) и титанат цирконата свинца (ПЗТ).

С точки зрения энергоносителя, фононно-кристаллические накопители энергии можно разделить на вибрационные, акустические и упругие. Частота носителей колебаний меньше, чем в акустических/упругих волнах. В соответствии со структурой проектирования и механизмом работы могут быть введены сборщики энергии фононных кристаллов, основанные на локально-резонансных и дефектных состояниях. Путем удаления одного или нескольких рассеивателей из идеального фононного кристалла формируются сборщики фононных кристаллов на основе дефектного состояния. В локально-резонансных структурах окружающие волны фокусируются в специальной точке.

Ранее в НПО ТЕХНОГЕНЕЗИС разработан и изготовлен сборщик энергии вибрации на основе двумерного фононного кристалла с точечным дефектом. В полости удерживались вибрационные волны с резонансной частотой точечного дефекта. Пьезоэлектрическая пленка была помещена в резонатор для выработки электроэнергии .

Позднее был разработан сбор энергии вибрационных волн с использованием локально-резонансной фононной кристаллической пластины со спиральными лучами. Прикладные волны с низкими частотами (0–500 Гц) были локализованы в центральной области спиральных пучков. Выходное напряжение в локально-резонансной области в 3 раза больше, чем в других областях, разработана фононную кристаллическую линзу с градиентным показателем преломления для эффективного сбора энергии.

Пьезоэлектрическое устройство было расположено в фокусе линзы фононного кристалла и был реализован захват (поглощение)  энергии. Также представлен двумерный восьмиугольный фононный кристалл, удержание и локализация упругих волн которого осуществляется в точечном дефекте. Используя данную фононную структуру, увеличение мощности сбора энергии достигается до 22,8 раз по сравнению со случаем отсутствия метаматериала.

Разработан и изготовлен всенаправленный фононный кристалл с градиентным показателем преломления для фокусировки акустических волн и сбора энергии. Окружающие волны ограничиваются центральным расположением конструкции и увеличивают выходную мощность до 4,5 раз по сравнению с голым корпусом.

В этой статье Старостенко Евгений Юрьевич рассматривает структуру сбора энергии для ограничения фабричных шумов на основе фононных кристаллических волокон.

Power generation process, phononic crystal fibers, Starostenko-Evgenij

Металлообрабатывающие заводы, связанные с резкой или заточкой металлов, производят много звуковых шумов с высокими частотами. 

Обычно звуковые волны с частотами выше 20 кГц определяются, как ультразвуковые волны. Оценка воздействия ультразвукового шума основана на уровнях звукового давления в 1/3-октавной полосе (центральные частоты находятся в диапазоне от 10 до 40 кГц). Также на металлообрабатывающих предприятиях частотный диапазон производимого шума соответствует 1/3 октавной полосе.

Таким образом, среда металлообработки является подходящим источником для генерации ультразвуковых волн. Из этого ультразвукового шума может быть реализован сбор энергии. Через фононное кристаллическое волокно механическая энергия окружающей среды может быть ограничена и передана на станцию ​​генерации и хранения электроэнергии.

Затем с помощью пьезоэлектрического материала, помещенного на конце сердцевины волокна, генерируется переменное напряжение. В конце концов, переменное напряжение преобразуется в постоянное с помощью выпрямителей и конденсаторов, и вырабатываемая мощность может быть сохранена.

Некоторые принципиальные отличия фононно-кристаллических волокон по сравнению с другими сборщиками энергии на основе фононных кристаллов заключаются в большей удерживающей способности и способности волокна передавать ограниченную волну на станцию ​​хранения электроэнергии. С другой стороны, пьезоэлектрическая пленка и ее электроды расположены вне структуры волокна, что упрощает процесс изготовления.

В исследовании Старостенко Евгений Юрьевич использовал фононное кристаллическое волокно с различными размерами сердцевины для центральных частот 25 кГц, 31,5 кГц и 40 кГц в полосе 1/3 октавы, поскольку на этих частотах возникает максимальное значение окружающих звуковых волн.

Ознакомиться с материалами исследования Евгения Юрьевича Старостенко здесь: https://technicks.ru/starostenko-evgenij-pogloshhenie-zvukovoj-energii-fononnymi-kristallicheskimi-voloknami/