“零噪節(jié)能寶”：一款可以降噪的發(fā)電窗簾

現(xiàn)如今，隨著人們生活水平的日益提高，人們對于自己的生活質(zhì)量有了更多的要求。然而，城市的噪聲污染問題卻一直難以得到合理且有效的解決。噪聲污染無處不在：車輛穿行不息的路邊居民房、晝夜不停工作的工廠、喧鬧廣場邊的住房區(qū)……

圖一：城市交通噪聲

噪聲污染是一個不可忽視的問題。據(jù)科學研究表明：長期暴露在噪聲環(huán)境中，不僅可能使人產(chǎn)生壓抑、恐懼、憤怒和焦慮的情緒，也可能損害我們的神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)，加大高血壓以及心臟病患者的危險系數(shù)。你習以為常的噪音，早已成為危害我們身心健康的潛在“殺手”。

針對這樣的問題，來自武漢理工大學的一支致力于節(jié)能減排的創(chuàng)新團隊成功設計出了一種窗簾，該窗簾不僅可以降噪，甚至可以將噪聲轉(zhuǎn)化為電能為我們的手機充電。一方面使得家居生活更加安靜的同時，也節(jié)省了一部分的家庭用電，未來可能成為廣大鬧市區(qū)、街道邊家庭的福音。

該降噪發(fā)電窗簾結(jié)構(gòu)簡單且適用范圍廣，主要由四大部分組成：1、聲子晶體部分;2、吸聲纖維層部分;3、壓電部分;4、電池電路部分。主要設計思路如下圖：

儲存的電能最終通過USB輸出端口為手機等外接負載所用。

該團隊設計的纖維顆粒復合結(jié)構(gòu)，進一步優(yōu)化了吸聲效果。在實現(xiàn)聲能到電能的轉(zhuǎn)化的同時，也利用了生物質(zhì)的原材料，具有顯著的節(jié)能減排效果，符合綠色發(fā)展的要求。

窗簾小單元的結(jié)構(gòu)

在仿真方面，該團隊已利用COMSOL Multiphysics(一種物理領(lǐng)域常用仿真軟件)仿真聲子晶體結(jié)構(gòu)對于聲壓的增強效果，在2Pa的聲壓作用下，聲子晶體結(jié)構(gòu)的帶隙在1KHz-2KHz與4KHz-5KHz，并對其他高頻段噪聲也有較好的吸收效果，且該窗簾將應用3D打印技術(shù)和靜電紡絲技術(shù)實現(xiàn)生產(chǎn)。

靜電紡絲技術(shù)

3D打印過程

在現(xiàn)有成果方面，已有的鋅-空氣電池研究成果，為產(chǎn)品的電能可逆存儲利用提供堅實的理論基礎。該項目已申請1項國家發(fā)明專利，1項實用新型專利，發(fā)表1篇論文。并且一些高新科技公司已表現(xiàn)出合作的意向。

產(chǎn)品創(chuàng)意方面，該窗簾創(chuàng)新地采用一種聲子晶體、纖維顆粒復合結(jié)構(gòu)。聲子晶體結(jié)構(gòu)能對中高頻段的噪聲進行吸收，纖維吸音材料層能對低頻噪聲進行吸收，可以由此得到寬頻段的吸聲結(jié)構(gòu)。且纖維顆粒復合層采用廢棄生物質(zhì)資源的回收利用，減少了碳排放量。通過靜電紡絲技術(shù)、3D打印等材料制造工藝，實現(xiàn)了聲子晶體結(jié)構(gòu)和壓電材料的柔性化制備。在聲電轉(zhuǎn)化技術(shù)上，通過聲壓在聲子晶體點缺陷處得到加強，利用PVDF將振動機械能轉(zhuǎn)化為電能，實現(xiàn)對聲能的高效轉(zhuǎn)化。最后，聲音的振動能量通過柔性壓電材料的壓電效應轉(zhuǎn)化成電能，由電極片等方式引出至鋅-空氣電池實現(xiàn)可逆存儲。電能可以由端口輸出供給小型用電器、醫(yī)院及居民區(qū)等場所的備用電源進行充電加以利用。