風中取電：簡易可擴充套件的「風擺發電」技術

談到再生能源，多數人腦中浮現的可能是廣袤的太陽能板陣列或海岸線上的巨型風機。但現在，一種更輕巧的解決方案正悄然崛起——只需一片在微風中擺動的薄膜，就能將環境氣流轉化為可用電力。

我們的研究團隊專注於探索如何透過壓電材料，讓柔性結構（如薄聚合物片）將環境氣流能量轉換為電能。這些特殊材料在機械變形時會產生電訊號，就像能量翻譯官，把薄膜的擺動與振動轉化為電壓。

研究核心概念很簡單：在圓柱體下游側安裝附有壓電片的柔性板，當風流經圓柱體時，會使這片板子產生類似旗幟飄揚的擺動。這項突破性研究已發表於《Physics of Fluids》期刊。

最引人入勝的是系統的動態行為：低速時，板子僅呈現微弱且不規則的運動；但隨著風速增加，系統會進入「鎖定狀態」——這是一種共振現象，板子的振盪頻率會與渦流脫落頻率同步。在此狀態下，我們觀察到大幅度的週期性振盪，能顯著增加壓電材料的應變，從而大幅提升電力輸出。

相較於同類早期裝置在相似風速下僅能產生數微瓦電力，我們透過精確調整板材厚度、長度與柔韌性，並匹配電路阻抗，成功將功率輸出提升2-3個數量級。

為驗證實際應用可行性，我們建構整流儲能電路，證實採集的電力可持續驅動20顆LED燈，儲存電荷甚至能瞬間點亮40顆LED。這顯示該技術在自供電低耗能裝置（如偏遠地區環境感測器或無線節點）具有明確應用潛力。當然，提升能量轉換效率與實用化設計最佳化仍是待解課題。

最令人振奮的是這種方法的簡易性與可擴充套件性。相較傳統渦輪機，這種採集器沒有旋轉部件、維護需求極低，且能輕鬆融入都市或自然環境。當全球都在尋求更智慧、更小巧、更潔淨的發電方式時，這項「風擺發電」技術或許正乘著時代的東風前進。

本文屬於Science X Dialog計畫，研究人員可透過此平臺分享已發表論文的研究成果。欲瞭解更多參與資訊，請造訪官方頁面。

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