Modeling and Analysis the Effect of PZT Area on Square Shaped Substrate for Power Enhancement in MEMS Piezoelectric Energy Harvester

单层压电片 悬臂梁 材料科学 锆钛酸铅 微电子机械系统 压电 声学 能量收集 电压 功率密度 振动 功率(物理) 光电子学 电气工程 工程类 复合材料 物理 铁电性 电介质 量子力学
作者
Babak Montazer,Utpal Sarma
出处
期刊:Journal of Circuits, Systems, and Computers [World Scientific]
卷期号:26 (09): 1750128-1750128 被引量:5
标识
DOI:10.1142/s0218126617501286
摘要

Modeling and analysis of a MEMS piezoelectric (PZT-Lead Zirconate Titanate) unimorph cantilever with different substrates are presented in this paper. Stainless steel and Silicon [Formula: see text] are considered as substrate. The design is intended for energy harvesting from ambient vibrations. The cantilever model is based on Euler–Bernoulli beam theory. The generated voltage and power, the current density, resonance frequencies and tip displacement for different geometry (single layer and array structure) have been analyzed using finite element method. Variation of output power and resonant frequency for array structure with array elements connected in parallel have been studied. Strain distribution is studied for external vibrations with different frequencies. The geometry of the piezoelectric layer as well as the substrate has been optimized for maximum power output. The variation of generated power output with frequency and load has also been presented. Finally, several models are introduced and compared with traditional array MEMS energy harvester.

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