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Ferromagnetic Liquid Droplet on a Superhydrophobic Surface for the Transduction of Mechanical Energy to Electricity Based on Electromagnetic Induction
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2021-06-18 , DOI: 10.1021/acsnano.1c03539 Zheng Ma 1 , Qi Wang 2 , Jingwei Ai 2 , Bin Su 1
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2021-06-18 , DOI: 10.1021/acsnano.1c03539 Zheng Ma 1 , Qi Wang 2 , Jingwei Ai 2 , Bin Su 1
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Ferromagnetic liquids undergo reversible magnetization changes upon varying external magnetic field levels. The movement of ferromagnetic liquid droplets across a coil under an external magnetic field holds promise as an energy transducer from mechanical force to electricity; however, it suffers from an adhesive issue between the ferromagnetic liquid and the solid pedestal. We introduce a superhydrophobic support that uses antiwetting surfaces to remarkably reduce adhesion during the movement of ferromagnetic liquid droplets. Maxwell numerical simulation was utilized to analyze the working mechanism and improve further electrical outputs. By controlling the droplet size, the strength of the magnetic bottom and the tilting speed of the test condition, we generated a ferromagnetic liquid droplet-based superhydrophobic magnetoelectric energy transducer (FLD-SMET) that can convert vibrational energy to electricity. When a 100 μL ferromagnetic liquid droplet was used for FLD-SMET under a 13 mT magnetic field, an electrical voltage response of 280 μV and electrical current response of ∼7.5 μA were generated using a shaking machine with a tilting speed of 9.5°/s. We thus show that such a device can serve as a self-powered light buoy floating on a water surface. Our study presents an applied concept for the design of droplet-based energy harvesters to convert surrounding vibrational energy to electricity.
中文翻译：
基于电磁感应将机械能转换为电能的超疏水表面上的铁磁液滴
铁磁液体随着外部磁场水平的变化而发生可逆的磁化变化。铁磁液滴在外部磁场下穿过线圈的运动有望作为从机械力到电力的能量转换器。然而，它存在铁磁液体和固体基座之间的粘合问题。我们引入了一种超疏水支撑，它使用抗湿表面来显着减少铁磁液滴运动过程中的粘附。利用麦克斯韦数值模拟来分析工作机制并进一步提高电输出。通过控制液滴大小、磁底强度和测试条件的倾斜速度，我们生成了一种基于铁磁液滴的超疏水磁电能量换能器 (FLD-SMET)，可以将振动能转化为电能。当 100 μL 铁磁液滴在 13 mT 磁场下用于 FLD-SMET 时，使用倾斜速度为 9.5°/s 的振动机产生 280 μV 的电压响应和 ~7.5 μA 的电流响应. 因此，我们表明这种设备可以作为漂浮在水面上的自供电浮标。我们的研究提出了一种基于液滴的能量收集器设计的应用概念，可将周围的振动能量转化为电能。使用倾斜速度为 9.5°/s 的振动机产生 280 μV 的电压响应和 ~7.5 μA 的电流响应。因此，我们表明这种设备可以作为漂浮在水面上的自供电浮标。我们的研究提出了一种基于液滴的能量收集器设计的应用概念，可将周围的振动能量转化为电能。使用倾斜速度为 9.5°/s 的振动机产生 280 μV 的电压响应和 ~7.5 μA 的电流响应。因此，我们表明这种设备可以作为漂浮在水面上的自供电浮标。我们的研究提出了一种基于液滴的能量收集器设计的应用概念，可将周围的振动能量转化为电能。
更新日期：2021-07-27
中文翻译：
基于电磁感应将机械能转换为电能的超疏水表面上的铁磁液滴
铁磁液体随着外部磁场水平的变化而发生可逆的磁化变化。铁磁液滴在外部磁场下穿过线圈的运动有望作为从机械力到电力的能量转换器。然而，它存在铁磁液体和固体基座之间的粘合问题。我们引入了一种超疏水支撑，它使用抗湿表面来显着减少铁磁液滴运动过程中的粘附。利用麦克斯韦数值模拟来分析工作机制并进一步提高电输出。通过控制液滴大小、磁底强度和测试条件的倾斜速度，我们生成了一种基于铁磁液滴的超疏水磁电能量换能器 (FLD-SMET)，可以将振动能转化为电能。当 100 μL 铁磁液滴在 13 mT 磁场下用于 FLD-SMET 时，使用倾斜速度为 9.5°/s 的振动机产生 280 μV 的电压响应和 ~7.5 μA 的电流响应. 因此，我们表明这种设备可以作为漂浮在水面上的自供电浮标。我们的研究提出了一种基于液滴的能量收集器设计的应用概念，可将周围的振动能量转化为电能。使用倾斜速度为 9.5°/s 的振动机产生 280 μV 的电压响应和 ~7.5 μA 的电流响应。因此，我们表明这种设备可以作为漂浮在水面上的自供电浮标。我们的研究提出了一种基于液滴的能量收集器设计的应用概念，可将周围的振动能量转化为电能。使用倾斜速度为 9.5°/s 的振动机产生 280 μV 的电压响应和 ~7.5 μA 的电流响应。因此，我们表明这种设备可以作为漂浮在水面上的自供电浮标。我们的研究提出了一种基于液滴的能量收集器设计的应用概念，可将周围的振动能量转化为电能。
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